NL9402176A - Halfgeleiderinrichting. - Google Patents

Description

Halfoeleiderinrichtinq

De uitvinding heeft betrekking op een halfgeleiderin¬richting omvattende een halfgeleidergebied van één gelei-dingstype met een stroomkanaalgebied, stroominjectie- enstroomextractie-electrodeorganen verbonden met de einden vanhet stroomkanaalgebied en stuurelectrodeorganen aangrenzendaan het stroomkanaalgebied, waaraan een stuurspanning kanworden aangelegd voor het instellen van verarmingslagen inhet stroomkanaalgebied en het bepalen van een stroomkanaalin het stroomkanaalgebied.

Uit de techniek is bekend de toepassing van statischeinductietransistoren (SIT's) bij geïntegreerde ketens, inhet bijzonder van het IIL-type. Tot nog toe waren de toepas¬singsmogelijkheden van de statische inductietransistoronderzocht in hoofdzaak geconcentreerd op die inrichtingendie werken onder een omgekeerde poortvoorspanning, en daaromkunnen dergelijke SIT's niet worden gesubstitueerd voorbipolaire transistoren.

Verder is bekend een bipolaire transistor waarin hetbasisgebied punch through-doorslag vertoont, in het bijzon¬der bij het aanleggen van een hoge collectorspanning. Dezepunch through-transistor vertoont een onverzadigende afvoer-stroom-afvoerspanningkarakteristiek. De punch through-tran-sistor werd echter eerder opgevat als een verkeerd productof een onpraktische inrichting ten opzichte van het gebrui¬kelijke concept van verzadigingstype bipolaire transistoren.Daarom heeft er geen positieve ontwikkeling plaatsgevondenmet betrekking tot de bruikbaarheid van punch through-tran-sistoren.

De uitvinding beoogt te voorzien in een halfgeleider-inrichting van het veldeffekttype, welke verbeterde karakte¬ristieken heeft en in staat is tot het uitvoeren van eenschakeloperatie met hoge snelheid.

Een ander doel van de uitvinding is het verschaffen vaneen halfgeleiderinrichting van het veldeffekttype, welke instaat is om een bipolaire transistor in de gebruikelijkehalfgeleiderketen te substitueren.

Een verder doel van de uitvinding is het verschaffenvan een geïntegreerde ketenstructuur, welke de verbeterdehalfgeleiderinrichting van het veldeffekttype omvat, enwelke een equivalentketen heeft gelijk aan een gebruikelijkegeïntegreerde schakeling, welke bipolaire transistorenomvat.

Nog een ander doel van de uitvinding is het verschaffenvan een geïntegreerde ketenstructuur, welke een bipolairetransistor omvat met een nagenoeg afgeknepen basisgebied enin staat is om een verbeterde hoogfrequent werking en wer¬king bij hoge snelheid te geven.

Daardoor heeft een halfgeleiderinrichting van de in deaanhef beschreven soort volgens de uitvinding het kenmerk,dat het stroomkanaalgebied een verder gebied bevat van aanhet genoemde ene geleidingstype tegengesteld geleidingstypeen dat het stroomkanaal is afgekenepen bij een stuurspanningin de doorlaatrichting.

Volgens een andere uitvoeringsvorm van de uitvindingwordt er een halfgeleiderinrichting verschaft met het ken¬merk, dat aangrenzend aan het verdere gebied tussen ditgebied en het collectorgebied een gebied van het genoemdeene geleidingstype is aangebracht.

Volgens een andere uitvoeringsvorm van de uitvindingwordt er een halfgeleiderinrichting verschaft met het ken¬merk, dat tegenover het verdere gebied een sterk gedoteerdgebied van het genoemde ene geleidingstype is gelegen.

Volgens een andere uitvoeringsvorm van de uitvindingwordt er een halfgeleiderinrichting verschaft met het ken¬merk, dat het tussen de stuurelectrodegebieden gelegenstroomkanaalgebied een electrodeaansluitingsgebied zijde¬lings begrenst.

Volgens een andere uitvoeringsvorm van de uitvindingwordt er een halfgeleiderinrichting met een woordlijn,adreslijn en/of bitlijn verschaft met het kenmerk, datalthans één van de lijnen gevormd wordt door een gebied vanhet genoemde ene type, dat door een gebied van het tegenge¬stelde type begrensd wordt, dat grenst aan een gebied vanhet eerste type, dat de bitlijn vormt.

Volgens een andere uitvoeringsvorm van de uitvindingwordt er een geheugeninrichting met een woordlijn, adreslijnen/of bitlijn verschaft met het kenmerk, dat één van dewoord-, adres- of bitlijnen ter weerszijde naast de andereligt, welke lijnen door gebieden gevormd worden van tegenge¬steld geleidingstype en aan hun benedenzijde begrensd wordendoor het verdere gebied, dat van het geleidingstype van degenoemde andere lijn is, dat een zodanige doteringsstofcon-centratie heeft, dat volledige afknijping optreedt.

Volgens een andere uitvoeringsvorm van de uitvindingwordt er een halfgeleiderinrichting voor de afgeving van eenconstante spanning verschaft met het kenmerk, dat het verde¬re gebied inligt tussen een emittergebied en een collector-gebied en volledig is afgeknepen.

Volgens een andere uitvoeringsvorm van de uitvindingwordt er een halfgeleiderinrichting voor de afgeving van eenconstante spanning verschaft met het kenmerk, dat het verde¬re gebied het emittergebied omgeeft.

Tevens voorziet de uitvinding in geïntegreerde ketensdie zijn voorzien van een of meer van de hiervoornoemdehalfgeleiderinrichtingen.

De uitvinding wordt toegelicht aan de hand van detekening. In de tekening toont resp. tonen: fig. 1 en 2 schematische dwarsdoorsneden van structurenvan integrated injection logic (IIL-) ketens volgens uitvoe¬ringsvormen van de uitvinding, fig. 3 een grafiek van I-V kromme van een halfgelei¬derinrichting, toegepast in de keten volgens de fig. 1 en 2,fig. 4 een equivalent-schakelingsschema van de half-geleider-geïntegreerde ketenstructuur getoond in de fig. 1en 2, fig. 5 een schakelingsschema van een NOR- en OF-poort-keten volgens een bekende uitvoeringsvorm van de uitvinding,fig. 6 een schematische dwarsdoorsnede van een halfge¬leiderinrichting volgens een andere uitvoeringsvorm van deuitvinding, fig. 7 en 8 schakel ingsschema's zijn van NOR- en 0F-poortketens volgens uitvoeringsvormen van de uitvinding, fig. 9 een schakelingsschema van een emitter-followerlogic (EFL-) keten volgens een andere uitvoeringsvorm van deuitvinding, fig. 10 een schakelingsschema van een non-thresholdlogic (NTL-) keten volgens een andere uitvoeringsvorm van deuitvinding, fig. 11 een schakelingsschema van een static randomaccess memory (RAM-) cel volgens een andere uitvoeringsvormvan de uitvinding, fig. 12A een schakelingsschema van een IIL-inverter-schakeling volgens een andere uitvoeringsvorm van de uitvin¬ding, fig. 12B een schematische dwarsdoorsnede van een half-geleider-geïntegreerde ketenstructuur, waarin de schakelingvan de uitvinding is toegepast, fig. 13A een schakelingsschema van een IIL-inverterke-ten volgens een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding, fig. 13B een schematische dwarsdoorsnede van een half-geleider-geintegreerde ketenstructuur waarin de schakelingvolgens fig. 13A is gebruikt, fig. 14A een schakelingsschema van een dynamic randomaccess memory (RAM-) cel volgens een andere uitvoeringsvormvan de uitvinding, fig. 14B een schematische dwarsdoorsnede van een half-geleider-geintegreerde ketenstructuur, waarin de schakelingvolgens fig. 14A is toegepast, fig. 15A een schakelingsschema van een dynamic randomaccess memory (RAM-) cel volgens een andere uitvoeringsvormvan de uitvinding, fig. 15B een schematische dwarsdoorsnede van een half-geleider-geïntegreerde ketenstructuur waarbij de schakelingvolgens fig. 15A is toegepast, fig. 16 en 17 schematische dwarsdoorsneden van structu¬ren van de halfgeleiderinrichting volgens uitvoeringsvormenvan de uitvinding, fig. 18 een grafiek van I-V krommen van de halfgelei¬derinrichting volgens de uitvoeringsvormen van fig. 16 en17, fig. 19 een schakelingsschema van een NOR-poortketenvolgens een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding, en fig. 20 een gedeeltelijk schakelingsschema van eenalgemene logische schakeling, die de keten getoond in fig.19 omvat.

Bij een punch through bipolaire transistor is hetbasisgebied bijna of geheel afgeknepen (gedepleteerd), zodatladingsdragers via punch through door het basisgebied heenkunnen komen. De aanwezigheid van de punch through bipolairetransistor is bekend, maar tot nog toe heeft geen gedetail¬leerd onderzoek plaatsgevonden.

Wanneer het basisgebied is gevormd met bijvoorbeeld eendun p-type gebied met een lage onzuiverheidsconcentratie,zullen verarmingslagen groeien vanuit de overgangen, diezijn gevormd met n+-type emitter- en collectorgebieden voorhet reduceren van het effectieve basisgebied van het vlakkepotentiaalgedeelte. Waar het potentiaalprofiel van de band-extrema een gradiënt vertoont, zullen vrije ladingsdragersuitvloeien naar het lagere energiegedeelte teneinde geenvrije ladingsdragers achter te laten, en slechts de geïoni¬seerde onzuiverheidsatomen blijven achter. Wanneer er bijnageen vlakke bandgedeelte overblijft (dat wil zeggen: neu¬traal gedeelte) in het basisgebied, zal het basisgebiedworden afgeknepen en dienen als potentiaal barrière voor dieelectronen, die zich verplaatsen vanaf het emittergebied.Een dergelijk gedepleteerd basisgebied neigt ertoe hetkarakter van de weerstandsbesturing te verliezen. In zo'nverarmde toestand kan de hoogte van de potentialbarrièrefundamenteel capacitief worden gestuurd door de basis- encollectorspanningen. Zodoende zal de collectorstroom toene¬men met een toename van de collectorspanning. De punchthrough bipolaire transistor komt overeen met de statischeinductietransistor, die hier is beschreven in dit aspect vande aanwezigheid van een capacitief bestuurbare barrièrehoog-te bij nulbasis en afvoerspanningen.In de punch throughbipolaire transistor kan de barrièrehoogte in de meestegevallen boven ongeveer een half van de verboden sprong bijnulbasis en collectorspanningen zijn teneinde een brederdynamisch gebied te verschaffen dan dat van de statische inductietransistor, maar de geïoniseerde onzuiverheidsatomenin het basisgebied hebben dezelfde polariteit als die van dedragers die moeten worden geïnjecteerd vanaf het emitterge-bied. Zodoende kan de punch through bipolaire transistor eenwerking verschaffen, die iets minder is dan die van destatische inductietransistor, maar kan zij worden gebruiktals een goed substituut voor de statische inductietransis¬tor. Aangezien het basisgebied in hoofdzaak is afgeknepen(gedepleteerd), worden de ladingsdragers gedrift door hetelectrische veld, dat daarin is ingesteld, en de opslag vanminderheidsdragers is zeer klein, waardoor een goede hoog-freguente werking en operatie bij hoge snelheid wordt ver¬schaft. Verder is, aangezien de poortcapacitantie zeer kleinis als gevolg van het in hoofdzaak afgeknepen en dunnebasisgebied de vermogensdissipatie verder verminderd en deoperatiesnelheid verhoogd. Deze voordelen blijken het duide¬lijkst, wanneer de punch through bipolaire transistorenworden gebruikt in geïntegreerde ketens.

Uitvoeringsvormen van geïntegreerde ketenstructuren,die de punch through bipolaire transistor omvatten zoalsboven beschreven, zullen hieronder worden beschreven.

Fig. 1 en 2 tonen IIL-ketenstructuren, welke de punchthrough bipolaire transistor volgens de uitvoeringsvormenvan de uitvinding omvatten. In de structuur van een verti¬caal type ondersteboven statische inductietransistor onder¬breekt daarbij een dun p-type gebied een n-type kanaal,aangrenzend aan een af voergebied (fig. 1) en in het middenvan dit kanaal (fig. 2).

Bij deze figuren is een n'-type gebied 32 gevormd op eenn+-type gebied 31. Een laterale bipolaire transistor isgevormd door het n+-type gebied 32 en de p-type gebieden 34en 36. Een p-type gebied 36 dient als emitter van de injec-tietransistor, en het p-type gebied 34 dient zowel alscollector van de injector-transistor alsook als poortgebiedvan de oorspronkelijk bedoelde drijver SIT. Een dunnenp-type laag 34* verbindt de p-type gebieden 34, en scheidtde n-type stroomweg in het toevoer-(emitter)gedeelte en hetafvoer-(collector)gedeelte.

Wanneer een gebied van tegenovergesteld geleidingstypeaanwezig is in de stroomweg van een unipolaire transistor,dient deze transistor niet langer een unipolaire transistorte worden genoemd maar te worden opgevat als een bipolairetransistor. Deze bipolaire transistor van het ondersteboventype is gevormd met een n+-type emittergebied 31, een n* typegebied 32, een dun p-type basisgebied 34' en een n+ typecollectorgebied 33 met of zonder tussenkomst van een n' typegebied 35 tussen het p-type gebied 34' en het n+ type collec¬torgebied 33. Het dikke p+ type gebied dat in aanraking ismet het dunne p-type gebied 34', zal worden aangeduid alseen poortgebied. Electrodes 46, 44 en 43 zijn gevormd op degebieden 36, 34 en 33 en dienen als emitter- en collectore-lectrodes van de injectortransistor en als collectorelectro-de van de drijvertransistor respectievelijk. Een isolerendefilm 47 bedekt alle oppervlakken behalve het metaalcontact-gebied. Het basisgebied 34' is dun en heeft een lage onzui-verheidsconcentratie, zodat dit nagenoeg afgeknepen is metde verarmingslagen, die groeien door de inbouwpotentiaalalleen, welke bestaat tussen de emitter- en de basisgebiedenen de basis- en collectorgebieden. Bij deze uitvoeringenkunnen p-type gebieden 34' zijn gevormd door het redistri-buëren van p-type onzuiverheden van het p-type gebied 34.Dan zullen de onzuiverheidsconcentratie en de dikte van hetp-type gebied 34 afnemen naarmate dit dichter naar hetcentrum toegaat. De hoogte van de potentiaalbarrière gevormdbij de p-type gebieden 34' is het geringst bij het centralegedeelte als gevolg van het fundamentele karakter van capa-citieve besturing en eventueel een gegradueerde onzuiver¬heidsconcentratie zoals boven beschreven. In dit opzicht kaneen overeenkomstig de werking als die van de statischeinductietransistor worden verwacht bij de punch throughbipolaire transistoren van deze uitvoeringsvormen en is dezewerking in de praktijk ook gebleken te bestaan. Het isbewezen, dat de punch through bipolaire transistor op posi¬tieve wijze kan worden vervaardigd als een substituut van destatische inductietransistor.

Indien het basisgebied een uiterst geringe dikte heeften een uiterst lage onzuiverheidsconcentratie, worden de energieplaatsen van de bandextrema in het basisgebied vrij¬wel hetzelfde als die van de emitter- en collectorgebieden.In dit geval is praktisch geen potentiaalbarrière aanwezig,en de transistor zal het besturingsvermogen van de hoofd¬stroom verliezen, die moet worden gestuurd door een stuur-spanning of stuurstroom.

Daarom is het "in hoofdzaak afgeknepen basisgebied"hier gedefinieerd als een basisgebied, dat vrijwel is gede-pleteerd, maar dat een Fermi-niveau heeft verschillend vandat van het emittergebied, zodat het basisgebied een poten-tiaalbarrière instelt voor de ladingsdragers, die van deemitter naar de collector vloeien, en dat de hoogte van depotentiaalbarrière fundamenteel capacitief bestuurbaar isdoor de poort- en collectorspanningen. Het effectieve basis¬gebied (neutraal basisgebied) is namelijk extreem dun enheeft een zeer kleine parasitaire capacitantie. Het ladings-opslageffect is derhalve verwaarloosbaar klein, en een zeerhoge operatiesnelheid kan worden verkregen. Ladingsdragers,die vloeien van de emitter naar de collector, passeren overde potentiaalbarrière gevormd door het nagenoeg afgeknepenbasisgebied, en worden geïnjecteerd aan de collectorzijde engedrift door een electrisch veld ingesteld door de collec-torspanning. Er treedt vrijwel geen opslageffect op vanminderheidsdragers. Het is duidelijk, dat, wanneer de basis-voorspanning in voldoende mate in doorlaatrichting is inge¬steld, er minderheidsdragers kunnen worden geïnjecteerdvanaf het poortgebied 34 naar het emittergebied 33 via hetbasisgebied 34'. In zo'n geval zal het basisgebied 34' deeigenschap bezitten van een gewoon basisgebied van de bipo¬laire transistor. Het poortgebied 34 kan dik zijn gevormd enhet kan zwaar zijn gedoteerd, zodat de weerstand van hetgebied 34 verwaarloosbaar is.

Het zal duidelijk zijn, dat bij deze alsook de nog tebespreken uitvoeringsvormen diverse modificaties en varia¬ties mogelijk zijn binnen het kader van de uitvinding.

Een gemeten voorbeeld van de stroom-spanningskarakte-ristieken van een punch through bipolaire transistor, diekan worden gebruikt bij de uitvoeringen van de uitvinding,is getoond in fig. 3. Er zij aangenomen, dat het basisgebied nog niet geheel is afgeknepen alleen door de inbouwpotenti-aal, aangezien het gebied C bipolairachtige karakteristiekenvertoont. Aangezien evenwel de basisvoorspanning en/ofafvoerspanning meer in doorlaatrichting worden, zal deafvoerstroom toenemen teneinde niet-verzadigende karakteris¬tieken te vertonen zoals getoond in het gebied D, hetgeenageeft, dat het basisgebied afgeknepen wordt en de barrière-hoogte gradueel omlaag gedrukt wordt door een toename in deafvoerspanning. Een afname in de barrièrehoogte leidt toteen toename in de collectorstroom. Het gebied C kan wordengestuurd teneinde of breed of nauw (of nul) te worden doorhet sturen van de mate van afknijping van het basisgebied.Wanneer ladingsdragers van het emittergebied diffunderen inhet basisgebied, zal de collectorstroom een exponentiële wetvolgen in een klein afvoerspanningsgebied. Indien de weer¬stand het dragertransport beïnvloedt, kan eveneens eenresistieve karakteristiek verschijnen. Wanneer het basisge¬bied volmaakt is afgeknepen alleen door de inbouwpotentiaal,zal de aanlegging van een collectorspanning onmiddellijk depotentiële barrière verlagen, en de kinken bij lagere col-lectorspanningen zullen voor het meest verdwijnen.

Zoals uit het bovenstaande blijkt, kan de punch throughbipolaire transistor worden gebruikt in dezelfde modus alsdie van de gebruikelijke bipolaire transistor. De collec¬torstroom kan immers worden gestuurd door de basisvoorspan¬ning in doorlaatrichting evenals door de collectorspanning.

De dikte van de barrièrelaag valt te bepalen door hetin aanmerking nemen van de gewenste uitgangsstroom. Wanneereen grote belastingsstroom vereist is, bijvoorbeeld voor hetaandrijven van een TTL-poort, dient de barrièrelaag voldoen¬de dun te worden gevormd en aan één zijde voldoende dichtbij het emittergebied.

Overeenkomstig de voorgaande uitvoeringen kunnen ver¬schillende geïntegreerde ketens, die de bovengenoemde punchthrough bipolaire transistor omvatten, worden gevormd.

Fig. 4 toont een schakelingsschema van de IIL-keten¬structuur van de fig. 1 en 2, omvattende de punch throughdrijftransistor T1 en een laterale bipolaire injectortran-sistor T2. De structuur van de geïntegreerde halfgeleiderin- richting kan worden veranderd of gemodificeerd in overeen¬stemming met bekende inzichten en de voorafgaande beschrij¬ving. De injectortransistor T2 kan worden vervangen door eengebruikelijke veldeffecttransistor, een statische inductie-transistor, of een punch through transistor. Verder is hetmogelijk om de injectortransistor T2 te vormen door depunch through transistor, en de drijftransistor T1 door eenstatische inductietransistor.

Alle soorten logische ketens kunnen worden gevormd doorop geschikte wijze combineren van een aantal van deze IIL-keteneenheden. Fig. 5 toont een NOR-OF keten, welke drieIIL-eenheden bevat. Twee ingangen zijn aangelegd aan tweeIIL-ketens respectievelijk. Een paar uitgangen van de tweeingangs-IIL-eenheden zijn gecombineerd teneinde een NOR-uit-gang te geven, terwijl een ander paar overeenkomstige uit¬gangen van de twee IIL-eenheden worden toegevoerd naar eenuitgangs-IIL-eenheid om een geïnverteerd NOR-signaal, datwil zeggen: een OR-signaal, voort te brengen aan de afvoervan de uitgangsdrijvertransistor TO.,.

Fig. 6 toont een voorbeeld van een punch through tran¬sistor met een in hoofdzaak afgeknepen basisgebied, dat opzijn beurt een dunne potentiaalbarrièrelaag vormt voor dedragers in het emittergebied. Op een p-type substraat zijngevormd een n+-type gebied 55 en eveneens een n-type gebied54, die beide dienst doen als collectorgebied. Een p-typebasisgebied 52 wordt omringd door een p+-type electrode-extractiegebied 53. Een n+-type emittergebied 51 is gevormdin het p-type basisgebied 52. Een n+-type gebied 55' datdient als extractie-collectorelectrode, is gevormd vanaf hetoppervlak tot het n+-type collectorgebied 55. Een emitter-electrode is gevormd met een gedoteerd polykristallijnsiliciumgebied 51', waarop een metaalfilm 58 is gevormd. Eenbasiselectrode 59 en een collectorlectrode 60 zijn gevormdvan metaalfilms. De transistor is geïsoleerd door weggesne¬den groeven aan de zijkanten en eveneens door de pn-overgangten opzichte van het substraat. De oppervlakken van hethalfgeleiderlichaam uitgezonderd het electrodecontacterings-gebied zijn bedekt met een passiveringsfilm 56, bijvoorbeeldgevormd met siliciumoxide, siliciumnitride, aluminiumoxide of combinaties daarvan. De weggesneden of uitgespaardegroeven zijn opgevuld met een isolerend materiaal, bijvoor¬beeld een hoogresistief polykristallijn silicium of eenisolerende hars, bijvoorbeeld een polyimide. De onzuiver-heidsconcentratie van het n+-type emittergebied 51 is van deorde van 1018 tot 1021 cm'3, dat van het p-type basisgebied 52van de orde van 1012 tot 1016 cm'3, dat van het n-type collec-torgebied van de orde van 10u tot 1017 cm'3, dat van hetbasiselectrode-extractie p+-type gebied 53 van de orde van1016 tot 1021 cm'3 en dat van het n+-type collectorgebied 55van de orde van 1017 tot 1020 cm'3. De dikte en de onzuiver-heidsconcentratie van het p-type basisgebied 52 is zodaniggekozen, dat het basisgebied 52 in hoofdzaak afgeknepen kanworden door de inbouwpotentialen aan beide zijden.

Het zal duidelijk zijn, dat verschillende modificatiesen veranderingen mogelijk zijn bij dit voorbeeld. Zo kunnenbijvoorbeeld de isolerende uitgespaarde groeven elke gewens¬te vorm hebben in hun dwarsdoorsnede. Een p,n,p-transistorkan zijn gevormd door simpel alle geleidingstypes om tekeren. De vereiste voorwaarde voor ontwerp is uitsluitend,dat het basisgebied in hoofdzaak af geknepen is, en dat heteen dunne potentiaalbarrièrelaag overlaat in het hoofdwerk¬gebied van de transistor.

De punch through transistor met dit kenmerk bezit devoordelen, dat het minderheidsdragersgeheugeneffect tot zeerklein kan worden teruggebracht, en dat de basiscapacitantie(zowel de emitterbasis- als de basis-collectorcapacitanties)in grote mate kan worden gereduceerd. Deze voordelen ver¬schaffen een zeer hoge snelheid van operatie, en verderopmerkelijke eigenschappen bij toepassing in geïntegreerdeketens. Alle bestaande bipolaire geïntegreerde ketentechnie¬ken, zoals ECL, EFL, NTL, DTL, RTL, TTL, static RAM, dynamicRAM, en ROM, kunnen rechtstreeks worden toegepast ondergebruikmaking van de bovenbeschreven punch through transis-toren. Een gedetailleerde beschrijving van de uitvoerings¬vormen van kenmerkende types van geïntegreerde halfgeleider-ketens zal hieronder worden gegeven.

Fig. 7 toont een emittor coupled logic (ECL-)ketenvolgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding. Twee ingangen A en B zijn aangelegd aan bipolaire transistoren QA en QBvan het punch through type, en de NOR logische en OR logi¬sche uitgangen zijn aangebracht via bipolaire transistorenQ01 en Q02 van het punch through type. Bij deze uitvoerings¬vorm zijn de bipolaire transistoren behalve die, welke wordtgebruikt in het referentiespanningscircuit, van het punchthrough type, hoewel sommige ervan kunnen worden vervangendoor gebruikelijke bipolaire transistoren.

Fig. 8 toont een andere emittor coupled logic (ECL-)keten volgens een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding.Collectors van de ingangstransistoren QA en QB zijn directverbonden met de voedingsspanningslijn Vcc, en bijgevolg isde spanningsverandering van deze collectorgebieden geëlimi¬neerd en de invloed van de capacitanties, die met dezegebieden vergezeld gaan geëlimineerd, waardoor een verbeter¬de operatie bij hoge snelheid wordt verkregen van de ketenin vergelijking met de inrichting van fig. 7.

Fig. 9 toont een emitter-follower logic (EFL-)ketenvolgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding. Drie ingangenA, B en C worden aangelegd via bipolaire transistoren QA, QBen QC respectievelijk, en EN logische uitgangen wordengegeven via een multitoevoeruitgangs bipolaire transistorQO. Bij deze uitvoeringsvorm zijn bipolaire transistoren vanzowel het ρ,η,ρ- als het η,ρ,η-type gemengd gebruikt voorhet vormen van een drie-ingangs-EN-poort. Deze uitvoerings¬vorm is samengesteld uit een nogal klein aantal halfgelei¬derelementen en een groot aantal electrodes zijn verbondenmet constante spanningsbronnen. Daarom is de vermogensdissi-patie gering en is een toegenomen hoge snelheidsoperatieverschaft. Verder kan de integratiedichtheid sterk wordenverbeterd. De weerstand R1 kan doelmatig worden vervangendoor een parallelverbinding van een weerstand en een con¬stante spanningsinrichting zoals een statische inductietran-sistor zoals boven beschreven.

Fig. 10 toont een non-threshold logic (NTL-)ketenvolgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding, waarbij tweeingangen A en B zijn aangelegd aan ingangstransistoren QA enQB van het punch through type voor het verschaffen van eenNOR-logische uitgang. Bovendien kan, aangezien de minder- heidsdragersopslag in het basisgebied verwaarloosbaar kleinis, afgezien worden van de condensator C. Verder kunnen,zoals boven opgemerkt, de weerstanden R1 en R4 doelmatigworden vervangen door constante spanningsketens.

Fig. 11 toont een static random access memory opgebouwduit punch through bipolaire transistoren volgens een uitvoe¬ringsvorm van de uitvinding. De transistoren en T12 zijnverbonden met de adreslijnen en met de lees- en schrijflij¬nen via de emitters.

De bipolaire transistor met een hoofdzaak afgeknepenbasisgebied kan enerzijds worden gebruikt als een substituutvan een gebruikelijke bipolaire transistor, en anderzijdsals een substituut voor een statische inductietransistor vanhet type met in doorlaatrichting voorgespannen poort. Der¬halve kunnen alle ketens, die gebruik maken van deze tran¬sistoren, worden gevormd met zulke bipolaire transistoren,terwijl de voordelen van beide types gehandhaafd blijven.

De fig. 12A en 12B tonen een IIL-inverterschakelings-schema en een schematisch dwarsdoorsnedeaanzicht van eenhalfgeleider-geïntegreerde schakelingsstructuur, die dezeschakeling omvat volgens een uitvoeringsvorm van de uitvin¬ding. Een metaaloxide-halfgeleider-veldeffectransistor(MOSFET) wordt gebruikt als injectortransistor T2, en eenbipolaire transistor van het punch through type wordt ge¬bruikt als drijvertransistor Tr Het aantal uitgangsklemmenkan vrijwel willekeurig worden verhoogd. De injectortransis¬tor T2 is niet beperkt tot een verrijkingsmodus FET, maar kanook een depression modus FET of een bipolaire transistorzijn. In fig. 12B is de injectortransistor T2 gevormd met eenp+-type toevoergebied 66, een n'-type gebied 62, een p+-typeafvoergebied en een gemeenschappelijke poortafvoerelectrode68, terwijl een drijvertransistor is gevormd met een n+-typeemittergebied 61, een n*-type emittergebied, een dun p-typebasisgebied 63, een p+-type basisgebied 64, een n'-typecollectorgebied 65', een n+-type collectorgebied 65 en eencollectorelectrode 67. Het basisgebied 63 kan zijn gevormddicht nabij of aangrenzend aan het emittergebied 61 teneindeeen grote uitgangsstroom te verschaffen. In een dergelijk geval kan het p+-type poortgebied 64 worden ingetand teneindede emitter-basiscapacitantie te verlagen.

De fig. 13A en 13B tonen een IIL-inverterschakeling eneen schematische doorsnede van een halfgeleider-geïntegreer-de keten, waarin deze schakeling is belichaamd volgens eenandere uitvoeringsvorm van de uitvinding, waarbij een MOSSIT is gebruikt als injectortranssitor T2, en een bipolairetransistor van het punch through type als drijvertransistorTr De structuur van fig. 13B is vrijwel overeenkomstig aandie van fig. 13B. In fig. 13B geeft het referentiecijfer 69het kanaalgebied aan, voorzien van een metaaloxide-halfge-leiderpoort. Zoals boven beschreven kunnen verschillendecombinaties van IIL-ketens verschillende types logischeschakelingen leveren in staat om schakeloperaties met hogesnelheid te leveren bij een geringe vermogensdissipatie.

De fig. 14A en 14B tonen van ene dynamic random accessmemory cel, waarbij een bipolaire transistor van het punchthrough type volgens de uitvinding wordt gebruikt, hetschakelingsschema en een schematische dwarsdoorsnede van enehalfgeleider-geïntegreerde ketenstructuur, waarbij dezeschakeling in overeenstemming is met een uitvoeringsvorm vande uitvinding. Woordlijnen of adreslijnen zijn aangegevenmet 71 en 72, en een bitlijn of datalijn is aangegeven met73. Een laterale ρ,η,ρ-transistor T15 heeft een p+-typegebied 71, een n'-type gebied 75 en een p-type gebied 74,welke resp. de emitter, de basis en de collector daarvanvormen. Verder bestaat een η,ρ,η-type transistor T16 uit eenemittergebied 72, een basisgebied 74 en een collectorgebied73. Het p+-type gebied 71 en het n+-type gebied 72 vormen depoort- of adreslijnen. Het n+-type gebied 73 representeert debitlijn of de datalijn. Electrische lading wordt opgeslagenin een condensator gevormd tussen de basis en de collectorvan de transistor T16. Deze structuur kan worden toegepastvoor het vormen van een matrix van een gewenst aantal eenhe¬den teneinde aldus een dynamic randomaccess memory te vor¬men. Het p-type gebied 74 tussen het n+-type gebied 72 en hetn+-type gebied 73 is in de toestand van ongeveer te wordenafgeknepen bij een poortvoorspanning nul. Het is duidelijk,dat het paar bestaande uit het n+-type gebied 73 en het p-type gebied 74, alsook het paar bestaande uit het n-typegebied 72 en het p-type gebied 74 niet noodzakelijk inaanraking met elkaar behoeven te worden aangebracht.

De fig. 15A en 15B tonen de schakeling van een dynamicrandom access memory (RAM-)cel en een corresponderendedwarsdoorsnede van een halfgeleider-geïntegreerde keten¬structuur volgens de uitvinding. Een dynamic RAM-cel kanworden gevormd van een bipolaire transistor, die een vol¬maakt afgeknepen basisgebied heeft. Wanneer dit basisgebiedvolmaakt is afgeknepen, kan de AAN-UIT besturing van detranssitor worden uitgevoerd door het variëren van de hoogtevan de potentiaalbarrière zonder de noodzaak om een electri-sche stroom te laten lopen door het basisgebied, zoalsgebeurt bij gebruikelijke bipolaire transistoren. Het ver-wijzingscijfer 81 geeft een bipolaire transistor aan van hetpunch through type, en verwijzingscijfer 82 in fig. 15Arepresenteert een condensator, gevormd met het p-type gebied86, het p+-type gebied 87 en het n+-type gebied 85 getoond infig. 15B. De woordlijn of adreslijn is aangegeven door hetverwijzingscijfer 63, en de bitlijn of datalijn is gerepre¬senteerd door het cijfer 64. Het basisgebied van de bipolai¬re transistor 61 is volledig afgeknepen, en de potentiaal¬barrière wordt gestuurd door de basisspanning, dat wilzeggen: het woordlijnsignaal, teneinde de AAN-UIT besturingvan de transistor tot stand te brengen, en bijgevolg delees- en schrijfoperaties van de geheugencel.

De bovengenoemde structuur kan verder worden toegepastzowel bij een drie-transistor dynamic random access memorycell-structuur, een vier-transistor dynamic random accessmemory cell-structuur, en een zes-transistor static randomaccess memory cell-structuur (beschreven in de samenhangendeJapanse octrooiaanvrage 52-4633). Het is tevens mogelijk omeen read only memory samen te stellen, waarin data wordeningeschreven in een isolerende film gedurende het maskerpa-troonproces. Het is tevens mogelijk om een schuifweerstandte vormen door de cellen van deze uitvoering (beschreven inde samenhangende Japanse octrooiaanvrage 52-4633). De geheu¬gencel 1 en getoond in de fig. 14A, 14B, 15A, en 15B kunnen lees- en schrijfoperaties geven met hoge snelheid en bij eenlage vermogensdissipatie.

Fig. 16 toont een constante spanningsinrichting vanplanaire structuur volgens een uitvoeringsvorm van de uit¬vinding. De bipolaire transistor, bedoeld om te dienen alseen constante spanningsinrichting, kan worden bestuurd dooreen basisspanning. Deze constante spanningsinrichting isovereenkomstig aan de constante spannings-statische induc-tietransistor, waarin de stroomverandering vrijwel geenverandering kan veroorzaken in de uitgangsspanning. In degetoonde inrichting is de emitter gevormd in de nabijheidvan de collector, en zodoende zijn de serieweerstand en decollectorweerstand klein. Daardoor kan de collectorspanningde potentiaalbarrière gemakkelijk besturen en zodoende eenconstante spanningsinrichting worden samengesteld.

Het p-type gebied 90 is gevormd tussen het emitterge-bied 84 en het collectorgebied 85 en is volledig afgeknepen,waardoor de potentiaalbarrière wordt gereduceerd onmiddel¬lijk na het aanleggen van een collectorspanning, De stroom-fluxgrootte kan eveneens worden gestuurd door de lengte vanhet gebied 90, dat zich uitstret in de richting loodrecht ophet oppervlak van het blad van de tekening. Aanbevolenonzuiverheidsconcentraties zijn als volgt: ongeveer 1018-1021cm'3 in de n+-gebieden 84, 85 en 95; ongeveer 1016-1021 cm'3 inhet p+-gebied 83; ongeveer 1013-1017 cm'3 in het n-gebied 91;en ongeveer 1013-1017 cm'3 in het p-gebied 90. Het spreektvanzelf, dat deze waarden eveneens kunnen worden gevarieerdvoor het beoogde gebruik en met het oog op de beschikbarevervaardigingstechnieken.

Fig. 17 toont een andere structuur van een constantespanningsinrichting van laterale structuur volgens eenuitvoeringsvorm van de uitvinding. De beschrijving gedaan insamenhang met fig. 16 kan eveneens worden toegepast op dezeuitvoeringsvorm. In dit geval is de onzuiverheidsconcentra-tie van een n'-type gebied 91 ongeveer 1011 tot 1015 cm'3. Dedikte van het p-type gebied 90 kan gering worden gemaaktteneinde een goede karakteristiek ter verschaffen voor eenconstante spanningsinrichting.

Fig. 18 toont karakteristieke collectorstroom (μΑ)-collectorspanning (V)-krommen, die de werking representerenvan een voorbeeld van de constante spanningsinrichtingvolgens de hierboven beschreven uitvoeringsvoorbeelden. Dezekarakteristieken zijn op ruime schaal variabel in overeen¬stemming met de selecties van de breedte (dikte), de onzui-verheidsconcentratie en het oppervlak van het basisgebied.Zo kan bijvoorbeeld een hoge waarde voor de constante span¬ning bij VBE = 0 worden verkregen door het vernauwen van hetbasisgebied. Wanneer een dergelijke constante spannings-bipolaire transistor wordt gebruikt als een injectortransis-tor, kan het spanningsniveau nauwkeurig worden gestuurdzonder te worden beïnvloed door het aantal transistoren, datis verbonden aan de ingangspoort (dat wil zeggen: het aantalvan de fan-in). Daarom kunnen de bovengenoemde constantespanningstransistoren op voordelige wijze worden gebruikt inlogische poortstructuren, zoals verder beschreven in samen¬hang met de statische inductietransistor IC.

Fig. 19 toont een NOR-keten met drie ingangen volgenseen uitvoering van de uitvinding. De voedingsspanning wordtaangelegd via een parallelverbinding van een bipolairetransistor T18 en een weerstand R30. Het uitgangsspannings-niveau wordt nauwelijks beïnvloed door het aantal van deingangen. Dit betekent, dat het NOR logische uitgangsspan-ningsnivau in het geval van de aankomst van een "1" ingangs¬signaal niet verschilt van dat in het geval van de aankomstvan drie "l" ingangssignalen.

Fig. 20 toont een deel van een algemene logische ketenvolgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding. Drie ingangenA, B en C zijn aangelegd aan drie ingangstransistoren QA,QB, en QC teneinde een NOR signaal te leveren aan de gemeen¬schappelijke afvoer. Het NOR signaal wordt direct gekoppeldaan de volgende trap enerzijds en wordt geïnverteerd via eeninvertertransistor QO tot een OF-signaal anderzijds. Detoepassing van dit OF-signaal kan arbitrair worden bepaald.Hoewel de bovenstaande beschrijving is gedaan aan de handvan verschillende uitvoeringsvoorbeelden, zal het duidelijkzijn, dat het kader van de uitvinding niet tot deze voor¬beelden is beperkt. Zo kan bijvoorbeeld het dunne basisge¬ bied van de punch through bipolaire transistor direct wordenverbonden met een metaalelectrode (dat wil zeggen: Schottkeyelectrode), of met een metaalelectrode via een isolerendefilm (MIS electrode). De transistoren van zowel het SIT-typeals het punch through type volgens de uitvinding kunnenbeide een operatie bij hoge snelheid verschaffen, terwijl zedienst kunnen doen als vervangingsmiddel van bipolairetransistoren zelfs in een deel van ene totaalsysteem. Degebruikelijke ketentechniek van de bipolaire transistor kanrechtstreeks worden toegepast voor het vormen van geïnte¬greerde ketens met hogere snelheid onder gebruikmaking vandeze transistoren volgens de uitvinding.

Verder kunnen de transistoren en de IC's volgens deuitvinding worden vervaardigd onder gebruikmaking van ge¬bruikelijke vervaardigingstechnieken. Zo kan bijvoorbeeld deionenimplantatietechniek met voordeel worden toegepast.

Claims (10)

1. Halfgeleiderinrichting omvattende een halfgeleiderge-bied van één geleidingstype met een stroomkanaalgebied,stroominjectie- en stroomextractie-elektrodeorganen verbon¬den met de einden van het stroomkanaalgebied en stuurelek-trodeorganen aangrenzend aan het stroomkanaalgebied en vanhet geleidingstype, dat tegengesteld is aan dat van hetstroomkanaalgebied, waaraan een stuurspanning kan wordenaangelegd voor het instellen van verarmingslagen in hetstroomkanaalgebied en het bepalen van een stroomkanaal inhet stroomkanaalgebied, met het kenmerk, dat het stroomka¬naalgebied een verder gebied bevat van aan het genoemde enegeleidingstype tegengesteld geleidingstype en dat hetstroomkanaal is afgeknepen bij een stuurspanning in dedoorlaatrichting.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dataangrenzend aan het verdere gebied (34') tussen dit gebieden het collectorgebied een gebied (35) van het genoemde enegeleidingstype is aangebracht.

3. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dattegenover het verdere gebied een sterk gedoteerd gebied (55,fig. 6) van het genoemde ene geleidingstype is gelegen.

4. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk,dat het tussen de stuurelektrodegebieden (64) gelegenstroomkanaalgebied (65') een elektrodeaansluitingsgebied(65) zijdelings begrenst.

5. Geheugeninrichting met een halfgeleiderinrichtingvolgens conclusie 1, met een woordlijn, adreslijn en/of bit-lijn, met het kenmerk, dat althans één van de lijnen gevormdwordt door een gebied (72, fig. 14B) van het genoemde enetype, dat door een gebied van het tegengestelde type (74)begrensd wordt, dat grenst aan een gebied (73) van heteerste type, dat de bitlijn vormt.

6. Geheugeninrichting volgens conclusie 5, met het ken¬merk, dat één van de woord-, adres- of bitlijnen ter weers¬zijde naast de andere ligt, welke lijnen door gebiedengevormd worden van tegengesteld geleidingstype en aan hunbenedenzijde begrensd worden door het verdere gebied (86),dat van het geleidingstype van de genoemde andere lijn is,dat een zodanige doteringsstofconcentratie heeft, dat volle¬dige afknijping optreedt.

7. Inrichting volgens een of meer van de conclusies 1-4,voor de afgeving van een constante spanning, met het ken¬merk, dat het verdere gebied (90, fig. 16) inligt tussen eenemittergebied (84) en een collectorgebied (85) en volledigis afgeknepen.

8. Inrichting volgens conclusie 7, met het kenmerk, dathet verdere gebied (90, fig. 17) het emittergebied omgeeft.

9. Geïntegreerde keten voorzien van ten minste één inrich¬ting volgens een of meer van de voorafgaande conclusies.

10. Halfgeleiderinrichting of geïntegreerde keten, alsweergegeven in fig. 1-20.