RU2583866C1 - Metal-base transistor - Google Patents
Metal-base transistor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2583866C1 RU2583866C1 RU2015104952/28A RU2015104952A RU2583866C1 RU 2583866 C1 RU2583866 C1 RU 2583866C1 RU 2015104952/28 A RU2015104952/28 A RU 2015104952/28A RU 2015104952 A RU2015104952 A RU 2015104952A RU 2583866 C1 RU2583866 C1 RU 2583866C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- base
- emitter
- collector
- conductivity
- metal
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Bipolar Transistors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области полупроводниковой микро- и наноэлектроники, а именно к транзисторам, содержащим эмиттер, базу из материала с металлической проводимостью и коллектор, и может быть использовано в различных электронных устройствах и интегральных схемах, предназначенных для усиления, генерации и преобразования электрических сигналов.The invention relates to the field of semiconductor micro- and nanoelectronics, namely to transistors containing an emitter, a base of a material with metallic conductivity and a collector, and can be used in various electronic devices and integrated circuits designed to amplify, generate and convert electrical signals.
Транзистор с металлической базой (ТМБ) является униполярным транзистором, так как в нем в качестве носителей заряда используются только электроны [1, 2]. Благодаря возможности значительного уменьшения толщины базы движение электронов в ней носит баллистический характер без процессов рекомбинации, что уменьшает шумы в транзисторе. Кроме того, вследствие небольшого удельного сопротивления металла поперечное сопротивление металлической базы значительно меньше, чем в обычных биполярных транзисторах, поэтому частотные свойства ТМБ улучшаются. Использование металлической базы также улучшает радиационную стойкость и уменьшает мощность рассеяния в транзисторе.A metal base transistor (TMB) is a unipolar transistor, since only electrons are used as charge carriers in it [1, 2]. Due to the possibility of a significant reduction in the thickness of the base, the electron motion in it is ballistic in nature without recombination processes, which reduces the noise in the transistor. In addition, due to the low specific resistivity of the metal, the transverse resistance of the metal base is much smaller than in conventional bipolar transistors, so the frequency properties of the TMB are improved. The use of a metal base also improves radiation resistance and reduces the power dissipation in the transistor.
Однако у ТМБ статический коэффициент передачи тока эмиттера в схеме с общей базой α небольшой и находится в пределах 0,3-0,6, что является существенным недостатком таких транзисторов. Для устранения этого недостатка в [2] предложена конструкция ТМБ, содержащая эмиттерный переход, базу из материала с металлической проводимостью и коллектор из полупроводникового материала, причем эмиттерный переход выполнен в виде туннельного перехода проводник-диэлектрик, при этом диэлектрик расположен между эмиттером и базой. На эмиттерный переход подают прямое напряжение, величина которого достаточна для того, чтобы сообщить инжектируемым электронам энергию, необходимую для ионизации материала коллектора и образования там электронно-дырочных пар, что приводит к увеличению тока коллектора и, следовательно, коэффициента передачи α. Однако процесс ионизации материала в коллекторе увеличивает коэффициент шума и ухудшает частотные свойства транзистора.However, in TMB, the static emitter current transfer coefficient in the circuit with a common base α is small and is in the range of 0.3-0.6, which is a significant drawback of such transistors. To eliminate this drawback, in [2] a TMB design was proposed containing an emitter junction, a base made of a material with metallic conductivity and a collector made of semiconductor material, the emitter junction made in the form of a conductor – insulator tunnel junction, and the dielectric is located between the emitter and the base. A direct voltage is applied to the emitter junction, the magnitude of which is sufficient to give the injected electrons the energy necessary to ionize the collector material and to form electron-hole pairs there, which leads to an increase in the collector current and, consequently, the transfer coefficient α. However, the process of ionizing the material in the collector increases the noise figure and degrades the frequency properties of the transistor.
Наиболее близким к заявленному прибору, выбранному в качестве прототипа, является прибор, описанный в [1]. Прототип содержит эмиттер, выполненный из кремния с n-типом проводимости, базу из дисилицида кобальта (CoSi2) с металлической проводимостью и коллектор из кремния с более высоким уровнем легирования, чем эмиттер. Применение дисилицида кобальта в качестве базы вместо, например, вольфрама (W) или золота (Аu) упрощает технологический процесс изготовления ТМБ, однако не устраняет основной недостаток, связанный с небольшим значением α (α≅0,6).Closest to the claimed device, selected as a prototype, is the device described in [1]. The prototype contains an emitter made of silicon with n-type conductivity, a base of cobalt disilicide (CoSi 2 ) with metal conductivity and a silicon collector with a higher doping level than the emitter. The use of cobalt disilicide as a base instead of, for example, tungsten (W) or gold (Au) simplifies the manufacturing process of TMB, but does not eliminate the main disadvantage associated with a small value of α (α≅0.6).
Техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение статического коэффициента передачи тока эмиттера в схеме с общей базой α до значений больше 0,95 при сохранении преимуществ, связанных с использованием базы с металлической проводимостью.The technical result of the invention is to increase the static emissivity of the emitter current in a circuit with a common base α to values greater than 0.95 while maintaining the advantages associated with the use of a base with metal conductivity.
Сущность изобретения заключается в том, что в транзисторе, содержащем эмиттер с n+-типом проводимости, базу из материала с металлической проводимостью и коллектор с n-типом проводимости (n-область), между базой и коллектором размещен тонкий буферный слой из полупроводникового материала с р-типом проводимости (р-область). Между эмиттером и базой формируют барьер Шотки, а между базой и р-областью - омический контакт. Коллектор отделен от базы p-n-переходом. Инжектированные из эмиттера электроны баллистически пролетают тонкую базу, затем проходят без отражений омический контакт, р-область, далее попадают в ускоряющее поле p-n-перехода, и будет появляться управляемый ток коллектора. Предлагаемый транзистор также является униполярным, так как в нем носителями заряда являются только электроны.The essence of the invention lies in the fact that in a transistor containing an emitter with an n + -type of conductivity, a base of material with metallic conductivity and a collector with an n-type of conductivity (n-region), a thin buffer layer of semiconductor material is placed between the base and the collector p-type conductivity (p-region). A Schottky barrier is formed between the emitter and the base, and an ohmic contact is formed between the base and the p-region. The collector is separated from the base by a pn junction. The electrons injected from the emitter ballistically fly through a thin base, then pass through the ohmic contact, p-region without reflections, then fall into the accelerating field of the pn junction, and a controlled collector current will appear. The proposed transistor is also unipolar, since in it only electrons are charge carriers.
Известно, что частотные свойства транзистора зависят от времени перехода электронов из эмиттера в коллектор, поэтому металлическая база и р-область должны быть очень тонкими, причем в р-области целесообразно сформировать ускоряющее для электронов внутреннее электрическое поле, для этого концентрация легирующей акцепторной примеси вблизи базы должна быть выше, чем около коллектора с n-типом проводимости.It is known that the frequency properties of the transistor depend on the transition time of electrons from the emitter to the collector, therefore, the metal base and p-region must be very thin, and in the p-region it is advisable to form an internal electric field accelerating for electrons, for this the concentration of the doping acceptor impurity near the base should be higher than near a collector with n-type conductivity.
Предлагаемый транзистор с металлической базой, в котором между базой и коллектором сформирован буферный слой с р-типом проводимости, благодаря чему устранен отражающий барьер Шотки между базой и коллектором в прототипе, позволяет получить заявленный технический результат.The proposed transistor with a metal base, in which a buffer layer with p-type conductivity is formed between the base and the collector, thereby eliminating the Schottky reflective barrier between the base and the collector in the prototype, which allows to obtain the claimed technical result.
На чертеже изображены возможный вариант транзистора в плане и его поперечное сечение, где 1 - база из материала с металлической проводимостью, 2 - буферный слой из полупроводникового материала с р-типом проводимости, 3 - коллектор из полупроводникового материала с n-типом проводимости. Между базой и р-областью осуществлен омический контакт, а между р- и n-областями сформирован выпрямляющий контакт (р-n-переход), 4 и 5 - обедненные области (области пространственного заряда) в р- и n-областях соответственно. Для получения омического контакта с выводом коллектора 6 сформирована область 7 с n+-типом проводимости. Эмиттер 8 с n+-типом проводимости размещен на базе 1, 9 - вывод эмиттера, 10 - вывод базы. Между эмиттером и базой сформирован барьер Шотки.The drawing shows a possible variant of the transistor in plan and its cross section, where 1 is a base of a material with metallic conductivity, 2 is a buffer layer of semiconductor material with p-type conductivity, 3 is a collector made of semiconductor material with p-type conductivity. An ohmic contact is made between the base and the p-region, and a rectifying contact (pn-junction) is formed between the p- and n-regions, 4 and 5 are depleted regions (space charge regions) in the p- and n-regions, respectively. To obtain ohmic contact with the output of
Прибор работает аналогично обычному биполярному транзистору. В схеме с общей базой на эмиттер подают отрицательное напряжение UЭБ относительно базы, на коллектор подают положительное напряжение UКБ также относительно базы. Напряжение UЭБ смещает эмиттерный переход (барьер Шотки) в прямом направлении, что приводит к инжекции электронов из эмиттера в базу, а напряжение UКБ является обратным для коллекторного перехода (p-n-переход). Инжектированные из эмиттера электроны баллистически пролетают тонкую базу, затем проходят буферный слой из полупроводникового материала с р-типом проводимости, далее попадают в ускоряющее поле p-n-перехода, и будет появляться управляемый ток коллектора.The device works similarly to a conventional bipolar transistor. In a circuit with a common base, a negative voltage U ЭБ relative to the base is supplied to the emitter, and a positive voltage U КБ is also applied to the collector relative to the base. The voltage U EB shifts the emitter junction (Schottky barrier) in the forward direction, which leads to the injection of electrons from the emitter into the base, and the voltage U KB is the inverse of the collector junction (pn junction). The electrons injected from the emitter ballistically fly through a thin base, then pass a buffer layer of semiconductor material with p-type conductivity, then fall into the accelerating field of the pn junction, and a controlled collector current will appear.
В предлагаемом приборе значение коэффициента передачи тока эмиттера α может быть больше, чем в обычных биполярных транзисторах, так как в приборе отсутствует дырочная составляющая тока эмиттера. Для уменьшения времени пролета электронов через р-область необходимо толщину р-области уменьшать, при этом ток рекомбинации электронов и дырок в ней будет также уменьшаться, что приведет к увеличению α. Кроме того, в р-области можно создать ускоряющее внутреннее электрическое поле, тогда будет уменьшаться время пролета электронов через область и, следовательно, ток рекомбинации, а значение коэффициента передачи тока эмиттера α будет увеличиваться.In the proposed device, the value of the emitter current transfer coefficient α can be greater than in conventional bipolar transistors, since the device does not have a hole component of the emitter current. To reduce the time of flight of electrons through the p-region, it is necessary to reduce the thickness of the p-region, while the recombination current of electrons and holes in it will also decrease, which will lead to an increase in α. In addition, an accelerating internal electric field can be created in the p-region, then the time of flight of electrons through the region and, consequently, the recombination current will decrease, and the value of the emitter current transfer coefficient α will increase.
Прибор может быть изготовлен из материалов, обычно используемых в полупроводниковой электронике, например кремния, полупроводниковых материалов группы AIII ВV в качестве эмиттера, р-области и коллектора, а в качестве базы - дисилицида кобальта (CoSi2), алюминия (Аl), вольфрама (W) и других материалов, позволяющих сформировать барьер Шотки с эмиттером и омический контакт с р-областью.The device can be made of materials commonly used in semiconductor electronics, for example silicon, semiconductor materials of group A III B V as an emitter, p-region and collector, and as a base - cobalt disilicide (CoSi 2 ), aluminum (Al), tungsten (W) and other materials allowing the formation of a Schottky barrier with an emitter and ohmic contact with the p-region.
Предлагаемый транзистор с металлической базой позволит увеличить значение статического коэффициента передачи тока эмиттера α и улучшить усилительные свойства прибора.The proposed transistor with a metal base will increase the value of the static emitter current transfer coefficient α and improve the amplifier properties of the device.
Источники информацииInformation sources
1. Викулин И.М., Стафеев В.И. Физика полупроводниковых приборов. - М.: Радио и связь, 1990. - С. 246-248.1. Vikulin I.M., Stafeev V.I. Physics of semiconductor devices. - M .: Radio and communications, 1990 .-- S. 246-248.
2. Грехов И.В. Транзистор. Патент № RU 2062531, С1, МПК: H01L 29/73, заявл. 06.04.1992, опубл. 20.06.1996.2. Sins IV Transistor. Patent No. RU 2062531, C1, IPC: H01L 29/73, claimed 04/06/1992, publ. 06/20/1996.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015104952/28A RU2583866C1 (en) | 2015-02-13 | 2015-02-13 | Metal-base transistor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015104952/28A RU2583866C1 (en) | 2015-02-13 | 2015-02-13 | Metal-base transistor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2583866C1 true RU2583866C1 (en) | 2016-05-10 |
Family
ID=55960226
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015104952/28A RU2583866C1 (en) | 2015-02-13 | 2015-02-13 | Metal-base transistor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2583866C1 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU597033A1 (en) * | 1976-08-09 | 1978-03-05 | Предприятие П/Я А-1067 | Unipolar transistor |
RU2062531C1 (en) * | 1992-04-06 | 1996-06-20 | Физико-технический институт им.А.Ф.Иоффе РАН | Transistor |
US20020081784A1 (en) * | 2000-12-27 | 2002-06-27 | Motoshige Kobayashi | Semiconductor device |
US20070023846A1 (en) * | 2005-07-29 | 2007-02-01 | Cox Isaiah W | Transistor |
RU97006U1 (en) * | 2010-03-16 | 2010-08-20 | Учреждение Российской академии наук Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН | SEMICONDUCTOR SWITCHING DEVICE |
RU133349U1 (en) * | 2013-04-23 | 2013-10-10 | Открытое акционерное общество "Орбита" | HIGH-VOLTAGE, HIGH VOLTAGE, AlGaAs / GaAs-HETEROSTRUCTURE p-n-p-TRANSISTOR |
-
2015
- 2015-02-13 RU RU2015104952/28A patent/RU2583866C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU597033A1 (en) * | 1976-08-09 | 1978-03-05 | Предприятие П/Я А-1067 | Unipolar transistor |
RU2062531C1 (en) * | 1992-04-06 | 1996-06-20 | Физико-технический институт им.А.Ф.Иоффе РАН | Transistor |
US20020081784A1 (en) * | 2000-12-27 | 2002-06-27 | Motoshige Kobayashi | Semiconductor device |
US20070023846A1 (en) * | 2005-07-29 | 2007-02-01 | Cox Isaiah W | Transistor |
RU97006U1 (en) * | 2010-03-16 | 2010-08-20 | Учреждение Российской академии наук Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН | SEMICONDUCTOR SWITCHING DEVICE |
RU133349U1 (en) * | 2013-04-23 | 2013-10-10 | Открытое акционерное общество "Орбита" | HIGH-VOLTAGE, HIGH VOLTAGE, AlGaAs / GaAs-HETEROSTRUCTURE p-n-p-TRANSISTOR |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9876004B2 (en) | Semiconductor component including a short-circuit structure | |
US9484221B2 (en) | Bipolar semiconductor device and method of manufacturing thereof | |
JP2017079234A (en) | Semiconductor device | |
CN110600537B (en) | Separation gate CSTBT with PMOS current clamping and manufacturing method thereof | |
CN109166917B (en) | Planar insulated gate bipolar transistor and preparation method thereof | |
US4936928A (en) | Semiconductor device | |
CN114551601B (en) | Silicon carbide MOSFET (Metal-oxide-semiconductor field Effect transistor) of integrated grid-controlled diode with high surge current resistance | |
CN107534053A (en) | Semiconductor device and its manufacture method | |
US10686051B2 (en) | Method of manufacturing power semiconductor device | |
US20100127304A1 (en) | Bipolar semiconductor device and manufacturing method | |
RU2583866C1 (en) | Metal-base transistor | |
US4109272A (en) | Lateral bipolar transistor | |
US4183033A (en) | Field effect transistors | |
CN107845673B (en) | Reverse conducting type insulated gate bipolar transistor, manufacturing method thereof and power electronic equipment | |
RU172077U1 (en) | SILICON CARBIDE SILICON DRIFT DIODE | |
RU2383968C2 (en) | Integrated bi-mos radiation detector cell | |
CN113594244A (en) | Gallium nitride power device with high avalanche capability and preparation process thereof | |
US4910562A (en) | Field induced base transistor | |
CN114551586A (en) | Silicon carbide split gate MOSFET cell integrated with grid-controlled diode and preparation method | |
CN103811336A (en) | IGBT (Insulated Gate Bipolar Translator) power device applied at low power and manufacturing method thereof | |
CN108565294B (en) | Epitaxial layer variable doping concentration silicon carbide diode and preparation method thereof | |
CN111446290A (en) | Power semiconductor device and edge terminal area structure and processing method thereof | |
US7291899B2 (en) | Power semiconductor component | |
CN207558815U (en) | A kind of light-operated GaN/SiC bases power semiconductor switch | |
Ivanov et al. | Experimental 4 H-SiC junction-barrier Schottky (JBS) diodes |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170214 |