KR100818418B1 - 이종접합 바이폴라 트랜지스터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이종접합 바이폴라 트랜지스터에 관한 것으로, 한 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 에미터전극과 다른 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 에미터전극 사이를 공기에 노출시키지 않도록, 절연막 상부에 폴리머막을 형성하고, 컬렉터전극 상부에 금속층을 형성하여, 한 에미터전극에서 발생된 열이 다른 에미터전극으로 용이하게 전달되게 함으로써, 소자의 특성을 향상시킨다.
이종, 접합, 트랜지스터, 열, 전달, 에미터, 전극, 핑거, 폴리머, 금속

Description

이종접합 바이폴라 트랜지스터{Heterojunction bipolar transistor}
도 1은 종래의 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
20 : 서브컬렉터층 21 : 컬렉터층
22 : 베이스층 23,23' : 베이스전극
24 : 에미터층 25 : 에미터전극
26 : 컬렉터전극 27 : 절연층
28 : 금속층 30 : 폴리머막
100,200 : 이종접합 바이폴라 트랜지스터
본 발명은 이종접합 바이폴라 트랜지스터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 절연막 상부에 폴리머막을 형성하고, 컬렉터전극 상부에 금속층을 형성하여, 한 에미터전극에서 발생된 열을 다른 에미터전극으로 열 전달이 용이하게 함으로서, 소자의 특성을 향상시킬 수 있는 이종접합 바이폴라 트랜지스터에 관한 것이다.
최근 들어, 화합물 반도체를 이용하여 제조된 소자는 고전력 증폭기와 저잡음 증폭기 등에 사용되고 있다.
이중, 고 전력 증폭기로서 크게 각광을 받고 있는 이종접합 바이폴라 트랜지스터(Heterojunction Bipolar Transistor, HBT)는 에너지 대역 갭(Energy band gap)이 큰 반도체를 에미터로 사용하고, 에너지 대역 갭이 작은 반도체를 베이스로 사용하여 고속의 동작 특성을 갖는다.
이러한, 이종접합 바이폴라 트랜지스터(Heterojunction Bipolar Transistor, HBT)는 고 전력 증폭을 위하여, 수십개에서 수백개가 집적된다.
그러므로, 각 이종접합 바이폴라 트랜지스터는 에미터 핑거(Finger), 즉, 에미터 전극을 구비하고 있어, 고 전력 증폭기에서는 복수의 에미터 핑거(Finger)가 나열되어 있다.
이런 복수의 에미터 핑거는 트랜지스터에 인가되는 전류에 따라, 각각의 핑거에서 열이 발생한다.
그런데, 각각의 에미터 핑거에서 발생되는 열의 분포가 고르지 못할 경우에, 열 커플링(Thermal Coupling)에 의하여, 어느 한 에미터 핑거에서 발생되는 열이 다른 에미터 핑거에서 발생되는 열보다 더 높아지게 된다.
이러한 경우에, 상대적으로 더 높은 열을 발생하는 에미터 핑거의 온도가 올라가서, 에미터-베이스 접합의 턴온 전압을 강하시키게 되고, 강하된 턴온 전압에 의하여 높은 열을 발생하는 에미터 핑거에는 다른 에미터 핑거보다 더 많은 전류가 흐르게 된다.
이와 같은 현상이 악화될 때, 트랜지스터는 과 전류에 의하여 파괴되기도 한다. 또 이와 같은 열 문제에 의하여 고 전력에서의 트랜지스터 전류이득이 저하되는 현상이 이종접합 바이폴라 트랜지스터에서 발생하였다.
따라서, 이종접합 바이폴라 트랜지스터에서 열 문제가 발생되는 원인은 각각의 에미터 핑거간에 열분포가 일정하지 않는 것에 있다.
즉, 어느 한 에미터 핑거가 다른 에미터 핑거에 비하여, 열이 많이 발생되어서 온도가 높아질 경우에, 높아진 열을 다른 에미터 핑거로 효과적으로 분산시키지 못 한다는 것이다.
도 1은 종래의 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 단면도를 도시한 것으로, 서브 컬렉터층(10)의 상부에 컬렉터층(11)과 베이스층(12)이 형성되어 있고, 상기 베이스층(12)의 상부 양 측면 각각에 베이스전극(13,13')이 형성되어 있고, 상기 베이스전극들(13,13') 사이의 상기 베이스층(12) 상부에 에미터층(14)이 형성되어 있고, 상기 에미터층(14)의 상부에 에미터전극(15)이 형성되어 있으며, 상기 컬렉터 층(11) 측면으로부터 이격된 상기 서브컬렉터층(10) 상부에 컬렉터전극(16)이 형성되어 있다.
이 때, 상기 베이스전극들(13,13'), 에미터전극(15)과 컬렉터전극(16)의 상부 일부면이 노출되면서, 상기 서브컬렉터층(10) 상부에 형성된 구조의 표면에 절연막(17)이 덮혀져있다.
따라서, 종래의 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 표면에는 열전도도가 낮은 절연물질이 덮혀 있고, 더불어, 각각의 에미터 전극 즉, 에미터 핑거 사이는 열전도도가 낮은 공기에 노출되어 있다.
더 상세하게는 도 1에 도시된 바와 같이, 한 이종접합 바이폴라 트랜지스터 구조(100)의 에미터 전극(15)과 이웃하는 다른 이종접합 바이폴라 트랜지스터 구조(200)의 에미터 전극 사이가 공기에 노출되어, 각각의 에미터 전극에서 발생되는 열을 균일하게 유지시킬 수 없게 된다.
그러므로, 전술된 바와 같이, 과 전류에 의하여 소자가 파괴되거나, 고 전력에서의 트랜지스터 전류이득이 저하되는 문제점이 발생하였다.
이러한 이종접합 바이폴라 트랜지스터에서 열 문제를 개선하기 위한 종래의 기술에는 열 션트(Thermal Shunt)나 발라스트(Balllast) 저항 등이 있다.
여기서, 열 션트란 각각의 에미터 핑거들에 금도금을 수행하고, 열전도도가 높은 두꺼운 금속으로 모두 연결시켜서, 각각의 에미터 핑거간의 열분포를 일정하게 유지시키고자 한 것을 말한다.
그러나, 이 기술은 트랜지스터의 발진(Oscillation)을 유도할 수 있으며, 트 랜지스터 열 문제의 가장 직접적인 원인인 에미터-베이스간 턴온(Turn-on)전압의 변화에 대처할 수 없는 단점이 있다.
그리고, 또 다른 방법인 발라스트 저항의 사용은, 에미터나 베이스에 저항을 형성하여, 에미터-베이스간 턴온 전압의 변화에 대처하는 방법으로서, 현재, 가장 많이 사용되는 방법이다.
발라스트 저항에 의하여 온도가 더 높은 에미터 핑거에 더 낮은 바이어스가 걸리게 되고, 더 낮은 바이어스에 의하여 흐르는 전류가 감소하여 온도를 낮추게 하는 원리이다.
그러나, 이 방법 역시, 에미터 핑거간에는 열전도도가 낮은 공기나 절연물질로 채워져 있는 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 구조적인 문제로 인하여, 각각의 에미터 핑거에서 발생되는 열을 효율적으로 방출시키지는 못하였다.
이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 절연막 상부에 폴리머막을 형성하고, 컬렉터전극 상부에 금속층을 형성하여, 한 에미터전극에서 발생된 열을 다른 에미터전극으로 열 전달이 용이하게 함으로서, 소자의 특성을 향상시킬 수 있는 이종접합 바이폴라 트랜지스터를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는, 서브 컬렉터층의 상부에 컬렉터층과 베이스층이 형성되어 있고, 상기 베이스층의 상부 양 측 면 각각에 베이스전극이 형성되어 있고, 상기 베이스전극들 사이의 상기 베이스층 상부에 에미터층이 형성되어 있고, 상기 에미터층의 상부에 에미터전극이 형성되어 있으며, 상기 컬렉터층의 측면으로부터 이격된 상기 서브컬렉터층 상부에 컬렉터전극이 형성되어 있는 이종접합 바이폴라 트랜지스터에 있어서,
상기 컬렉터전극 상부에 금속층이 형성되어 있고;
상기 베이스전극들, 에미터전극과 컬렉터전극의 상부 일부면이 노출되면서, 상기 서브컬렉터층 상부에 형성된 구조의 표면에 절연막이 덮혀져 있고;
상기 절연막 상부에 폴리머막이 형성되어 있는 이종접합 바이폴라 트랜지스터가 제공된다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 다른 양태(樣態)는, 서브 컬렉터층의 상부에 컬렉터층과 베이스층이 형성되어 있고, 상기 베이스층의 상부 양 측면 각각에 베이스전극이 형성되어 있고, 상기 베이스전극들 사이의 상기 베이스층 상부에 에미터층이 형성되어 있고, 상기 에미터층의 상부에 에미터전극이 형성되어 있으며, 상기 컬렉터층의 측면으로부터 이격된 상기 서브컬렉터층 상부에 컬렉터전극이 형성되어 있는 이종접합 바이폴라 트랜지스터에 있어서,
상기 컬렉터전극 상부에 금속층이 형성되어 있고;
상기 베이스전극들, 에미터전극과 금속층의 상부 일부면이 노출되면서, 상기 서브컬렉터층 상부에 형성된 구조의 표면에 절연막이 덮혀져 있고;
상기 절연막 상부에 폴리머막이 형성되어 있는 이종접합 바이폴라 트랜지스터가 제공된다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 또 다른 양태(樣態)는, 서브 컬렉터층의 상부에 컬렉터층과 베이스층이 형성되어 있고, 상기 베이스층의 상부 양 측면 각각에 베이스전극이 형성되어 있고, 상기 베이스전극들 사이의 상기 베이스층 상부에 에미터층이 형성되어 있고, 상기 에미터층의 상부에 에미터전극이 형성되어 있으며, 상기 컬렉터층의 측면으로부터 이격된 상기 서브컬렉터층 상부에 컬렉터전극이 형성되어 있는 이종접합 바이폴라 트랜지스터에 있어서,
상기 컬렉터전극은 상기 서브컬렉터층의 상부면을 기준으로 에미터 전극보다 높게 형성되어 있고;
상기 베이스전극들, 에미터전극과 컬렉터전극의 상부 일부면이 노출되면서, 상기 서브컬렉터층 상부에 형성된 구조의 표면에 절연막이 덮혀져 있고;
상기 절연막 상부에 폴리머막이 형성되어 있는 이종접합 바이폴라 트랜지스터가 제공된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 단면도를 도시한 것으로, 서브 컬렉터층(20)의 상부에 컬렉터층(21)과 베이스층(22)이 형성되어 있고, 상기 베이스층(22)의 상부 양 측면 각각에 베이스전극(23,23')이 형성되어 있고, 상기 베이스전극들(23,23') 사이의 상기 베이스층(22) 상부에 에미 터층(24)이 형성되어 있고, 상기 에미터층(24)의 상부에 에미터전극(25)이 형성되어 있으며, 상기 컬렉터층(21)의 측면으로부터 이격된 상기 서브컬렉터층(20) 상부에 컬렉터전극(26)이 형성되어 있다.
그리고, 열 전도를 원활하게 수행하기 위하여, 상기 컬렉터전극(26)의 상부에는 금속층(28)이 형성되어 있다. 이 때, 금속층(28)은 상기 서브컬렉터층(20)의 상부면을 기준으로 에미터전극(25)보다 높게 형성되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 베이스전극들(23,23'), 에미터전극(25)과 컬렉터전극(26)의 상부 일부면이 노출되면서, 상기 서브컬렉터층(20) 상부에 형성된 구조의 표면에 절연막(27)이 덮혀져 있고, 상기 절연막(27)의 상부에는 폴리머막(30)이 형성되어 있다.
그리고, 상기 절연막(27)은 상기 컬렉터전극(26)은 감싸며 덮혀져 있고, 금속층(28)의 상부 일부면을 노출시켜, 외부장치와 전기적으로 연결되는 패드(Pad)로 사용될 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 제 1 실시예에서는, 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 표면에 베이스전극, 에미터전극과 컬렉터전극 부분만을 노출시키고, 균일하게 폴리머막을 형성된 이종접합 바이폴라 트랜지스터를 적용한다.
따라서, 한 이종접합 바이폴라 트랜지스터(100)의 에미터전극과 다른 이종접합 바이폴라 트랜지스터(200)의 에미터전극 사이에 폴리머막과 컬렉터전극상부의 금속층이 형성되어 있어, 공기에 노출되지 않으므로, 한 에미터전극에서 발생된 열을 다른 에미터전극으로 열 전달이 용이하게 되어, 소자의 특성을 향상시킬 수 있 다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 단면도를 도시한 것으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 서브 컬렉터층(20)의 상부에 컬렉터층(21)과 베이스층(22)이 형성되어 있고, 상기 베이스층(22)의 상부 양 측면 각각에 베이스전극(23,23')이 형성되어 있고, 상기 베이스전극들(23,23') 사이의 상기 베이스층(22) 상부에 에미터층(24)이 형성되어 있고, 상기 에미터층(24)의 상부에 에미터전극(25)이 형성되어 있으며, 상기 컬렉터층(21)의 양측면의 상기 서브컬렉터층(20) 상부에 컬렉터전극(26)이 형성되어 있어, 기본적인 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 구조는 본 발명의 제 1 실시예와 동일하다.
그러나, 열 방출을 제 1 실시예보다 더욱 원활하게 수행하기 위하여, 본 발명의 제 2 실시예에서는 상기 서브컬렉터층(20)의 상부면을 기준으로 에미터전극(25)보다 높게 컬렉터전극(26)을 서브컬렉터층(20)의 상부에 형성한다.
여기서도 마찬가지로, 상기 베이스전극들(23,23'), 에미터전극(25)과 컬렉터전극(26)의 상부 일부면이 노출되면서, 상기 서브컬렉터층(20) 상부에 형성된 구조의 표면에 절연막(27)이 덮혀져 있고, 상기 절연막(27)의 상부에는 폴리머막(30)이 형성되어 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 한 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 에미터전극과 다른 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 에미터전극 사이를 공기에 노출시키지 않도록, 절연막 상부에 폴리머막 및 컬렉터전극상부에 금속층을 형성하여, 한 에미터전극에서 발생된 열을 다른 에미터전극으로 열 전달이 용이하게 함으로서, 소자의 특성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (4)

  1. 서브 컬렉터층의 상부에 컬렉터층과 베이스층이 형성되어 있고, 상기 베이스층의 상부 양 측면 각각에 베이스전극이 형성되어 있고, 상기 베이스전극들 사이의 상기 베이스층 상부에 에미터층이 형성되어 있고, 상기 에미터층의 상부에 에미터전극이 형성되어 있으며, 상기 컬렉터층의 측면으로부터 이격된 상기 서브컬렉터층 상부에 컬렉터전극이 형성되어 있는 이종접합 바이폴라 트랜지스터에 있어서,
    상기 컬렉터전극 상부에 금속층이 형성되어 있고;
    상기 베이스전극들, 에미터전극과 컬렉터전극의 상부 일부면이 노출되면서, 상기 서브컬렉터층 상부에 형성된 구조의 표면에 절연막이 덮혀져 있고;
    상기 절연막 상부에 폴리머막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이종접합 바이폴라 트랜지스터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속층은 상기 서브컬렉터층의 상부면을 기준으로 에미터 전극보다 높게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이종접합 바이폴라 트랜지스터.
  3. 서브 컬렉터층의 상부에 컬렉터층과 베이스층이 형성되어 있고, 상기 베이스층의 상부 양 측면 각각에 베이스전극이 형성되어 있고, 상기 베이스전극들 사이의 상기 베이스층 상부에 에미터층이 형성되어 있고, 상기 에미터층의 상부에 에미터전극이 형성되어 있으며, 상기 컬렉터층의 측면으로부터 이격된 상기 서브컬렉터층 상부에 컬렉터전극이 형성되어 있는 이종접합 바이폴라 트랜지스터에 있어서,
    상기 컬렉터전극 상부에 금속층이 형성되어 있고;
    상기 베이스전극들, 에미터전극과 금속층의 상부 일부면이 노출되면서, 상기 서브컬렉터층 상부에 형성된 구조의 표면에 절연막이 덮혀져 있고;
    상기 절연막 상부에 폴리머막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이종접합 바이폴라 트랜지스터.
  4. 서브 컬렉터층의 상부에 컬렉터층과 베이스층이 형성되어 있고, 상기 베이스층의 상부 양 측면 각각에 베이스전극이 형성되어 있고, 상기 베이스전극들 사이의 상기 베이스층 상부에 에미터층이 형성되어 있고, 상기 에미터층의 상부에 에미터전극이 형성되어 있으며, 상기 컬렉터층의 측면으로부터 이격된 상기 서브컬렉터층 상부에 컬렉터전극이 형성되어 있는 이종접합 바이폴라 트랜지스터에 있어서,
    상기 컬렉터전극은 상기 서브컬렉터층의 상부면을 기준으로 에미터 전극보다 높게 형성되어 있고;
    상기 베이스전극들, 에미터전극과 컬렉터전극의 상부 일부면이 노출되면서, 상기 서브컬렉터층 상부에 형성된 구조의 표면에 절연막이 덮혀져 있고;
    상기 절연막 상부에 폴리머막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이종접합 바이폴라 트랜지스터.
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