SE0950185A1 - Bipolär transistor i kiselkarbid - Google Patents

Bipolär transistor i kiselkarbid

Info

Publication number
SE0950185A1
SE0950185A1 SE0950185A SE0950185A SE0950185A1 SE 0950185 A1 SE0950185 A1 SE 0950185A1 SE 0950185 A SE0950185 A SE 0950185A SE 0950185 A SE0950185 A SE 0950185A SE 0950185 A1 SE0950185 A1 SE 0950185A1
Authority
SE
Sweden
Prior art keywords
sic
surface electrode
potential
transistor
negative
Prior art date
Application number
SE0950185A
Other languages
English (en)
Other versions
SE533700C2 (sv
Inventor
Martin Domeij
Original Assignee
Transic Ab
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Transic Ab filed Critical Transic Ab
Priority to SE0950185A priority Critical patent/SE533700C2/sv
Priority to PCT/SE2010/050310 priority patent/WO2010110725A1/en
Priority to JP2012501963A priority patent/JP2012521654A/ja
Priority to CN2010800134839A priority patent/CN102362353A/zh
Priority to DE112010001361T priority patent/DE112010001361T5/de
Priority to KR1020117024780A priority patent/KR20110134486A/ko
Publication of SE0950185A1 publication Critical patent/SE0950185A1/sv
Publication of SE533700C2 publication Critical patent/SE533700C2/sv
Priority to US13/243,056 priority patent/US8378390B2/en
Priority to US13/739,923 priority patent/US8853827B2/en

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/10—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/1004—Base region of bipolar transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0657—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape of the body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L29/1608—Silicon carbide
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/402—Field plates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66053—Multistep manufacturing processes of devices having a semiconductor body comprising crystalline silicon carbide
    • H01L29/66068—Multistep manufacturing processes of devices having a semiconductor body comprising crystalline silicon carbide the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70—Bipolar devices
    • H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/73—Bipolar junction transistors
    • H01L29/732—Vertical transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70—Bipolar devices
    • H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/73—Bipolar junction transistors
    • H01L29/732—Vertical transistors
    • H01L29/7325—Vertical transistors having an emitter-base junction leaving at a main surface and a base-collector junction leaving at a peripheral surface of the body, e.g. mesa planar transistor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Bipolar Transistors (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Description

20 25 30 2 bas-emitter och mellan bas-collector har terminerats med torretsning av SiC för att bilda s.k. mesa-strukturer. En SiC BJT, med hög strömtålighet på flera amperé, består av många sammanflätade emitterfingrar som är spridda över ett stort område på flera mmz. Nyckelfaktorer för att erhålla state-of-the-art SiC BJTer med optimal genombrottsspänning och låga effektförluster är; en effektiv kantterminering för hög spänning, bulk SiC-material med låga defektkoncentrationer, lågresistiva ohmska kontakter till både n-typ och p-typ SiC, och en effektiv ytpassivering.
Summering av den aktuella uppfinningen Problem De traditionella Si switcher som används idag, MOSFETar och lGBTer, är spänningsstyrda komponenter. Detta betyder att den styrande gate-terminalen i switchen endast behöver en spänning ijämvikt och strömmen från drivkretsen är då försumbar då transistorn leder och då den är av. istället behövs en väsentlig ström under switchning för att ladda och ladda ur komponentens interna kapacitanser (mellan gate och source och mellan gate och drain). Så länge som switch-frekvensen inte är väldigt hög, är den effekt som drivkretsen måste leverera måttlig och relativt små och billiga integrerade kretsar kan användas som drivkretsar för spänningsstyrda komponenter som MOSFETar och lGBTer.
En SiC BJT är, å andra sidan, en strömkontrollerad transistor, och drivkretsen måste därför leverera en kontinuerlig ström då BJTn är i sitt ledande tillstånd. P.g.a. denna kontinuerliga drivström i på-läget måste drivkretsen för en BJT leverera betydligt högre effect än vad som är fallet för MOSFETar och lGBTer. Med de strömförstärkningar som uppnås idag för SiC BJTer (omkring 20- 60) så kan SiC BJTer med stor area inte styras med små integrerade kretsar och drivkretsen blir därför dyrare och mer komplicerad att designa. Den mer kraftfulla och komplicerade drivkretsen som krävs är en viktig nackdel för SiC BJTer jämfört med MOSFETar och lGBTer, och för att öka marknadspotentialen för SiC BJTer är det viktigt att strömförstärkningen kan ökas från nuvarande värden kring 20-60 till värden på 100 och mer. Komponentsimuleringar av SiC BJTer med en spärrförmåga på 1200 V indikerar att en strömförstärkning i området 150-200 kan förväntas om rekombinationslivstiden i materialet är ungefär 100 ns. Detta värde på rekombinationslivstiden stämmer överens rimligt med resultat från 20 25 30 3 materialkarakterisering av epitaxiella SiC-lager av både n-typ och p-typ. Med state-of-the-art epitaxi ska SiC-materialet därför vara av tillräckligt god kvalitet för att tillverka BJTer med strömförstärkning i intervallet 150-200. Den huvudsakliga begränsande faktorn för strömförstärkningen i state-of-the-art SiC BJTer är ytrekombination vid den etsade termineringen av bas-emitter övergången på, och nära, kanten av emittern. SiC BJTer tillverkas oftast genom epitaxiell tillväxt av en NPN bipolärtransistor-struktur följt av etsning av SiC för att terminera pn- Övergångarna mellan bas-emitter och bas-collector. Figur 1 visar ett tvärsnitt av det aktiva området i en typisk SiC NPN BJT med kanten av emitterområdet, med en emitterkontakt 1, en baskontakt 2, ett n* emitterområde 3, en p basregion 4, ett n' collectorområde 5, ett n* substratområde 6 och en collectorkontakt 7. Ett dielektriskt ytpassiveringslager 8 används ovanpå SiC, mellan basens och emitterns metallkontakter 1,2. Detta ytpassiveringslager 8 används för att terminera atomernas fria bindningar på SiC-ytan, och därigenom minska koncentrationen av de defekter som orsakar ytrekombination och ytläckströmmar.
Det är, emellertid, svårt att bilda ett ytpassiveringslager 8 på en SiC-yta och erhålla en låg defektkoncentration vid ytan mellan SiC och ytpassiveringslagret, som visas i F ig. 1. De bästa resultaten uppnås idag genom oxidering av SiC med liknande metoder som används vid tillverkning av SiC MOSFETar, till exempel BJTer passiverade genom oxidering i N20 atmosfär, som visas i IEEE Electron Device Letters, Vol. 28, No. 11, 2007, av H-S. Lee et. al., eller pyrogenisk oxidering följd av värmebehandling i vätgas, som visats i en presentation av Y. Negoro et. al., vid the International Conference on Silicon Carbide and Related Materials (lCSCRM2007), Barcelona, 7-12 September 2008.
En strategi för att minska ytrekombination och därigenom öka strömförstärkningen för SiC BJTer är att utveckla passiveringslager med färre defekter vid ytan mellan SiC och passiveringslagret.
Losning Med syftet att lösa et teller flera av ovanstående utpekade problem, och med utgångspunkten i en bipolärtransistor (BJT) i kiselkarbid (SiC), presenterar den aktuella uppfinningen en alternativ metod som lösning till problemet att tillverka SiC BJTer med hög strömförstärkning genom att kontrollera den elektriska ytpotentialen för att undertrycka ytrekombination. 20 25 30 4 Den aktuella uppfinningen lär speciellt ut att ytregionen mellan emitterkontakt och baskontakt i nämnda transistor ges en negativ ytpotential i förhållande till potentialen inne i bulk-SiC-materialet. En möjlig utformning av den aktuella uppfinningen är att transistorn har ett ledande lager, här refererat till som ytelektrod, ovanpå det dielektriska lagret som används som ytpassivering.
Ytelektroden kan bestå av ett ledande material såsom en metall eller högdopat polykristallint kisel. Det antas vidare att ytelektroden ges en negativ elektrisk potential, iförhållande till bulk-SiC-materialet innanför ytan, antingen genom att ansluta den till emitterkontakten eller genom att externt applicera en negativ potential i förhållande till det underliggande bulk-SiC-materialet. Det är också möjligt att åstadkomma en negativ elektrisk ytpotential genom att låta transistorn ha en negativ elektrisk laddning i ytan mellan SiC och det dielektriska lagret eller inuti det dielektriska lagret. Den negativa laddningen kan t. ex. bestå av negativt laddade joner eller elektroner. Det föreslås att det dielektriska lagret kan bestå av kiseldioxid mellan ytelektroden och kiselkarbiden. Det dielektriska lagret kan ha en tjocklek i storleksordningen 10 till 30 nm, t. ex. 20 nm.
Den aktuella uppfinningen föreslår också en metod för att öka strömförstärkningen i en bipolärtransistor (BJT) i kiselkarbid (SiC) genom att minska ytrekombinationen vid SiC-ytan mellan transistorns kontakter till bas och emitter. Det föreslås också att minskningen av elektronkoncentrationen i ytregionen kan åstadkommas genom att skapa en negativ ytpotential i förhållande till potentialen i SiC-bulken innanför ytan. Ytterligare ett sätt som föreslås för att minska elektronkoncentrationen i ytregionen är att skapa en negativ elektrisk laddning vid ytan mellan SiC och det dielektriska lagret eller inuti det dielektriska lagret.
Fördelar En transistor och en metod där en negative ytpotential relativt bulk- kiselkarbiden under ytan ha skapats genom den aktuella uppfinningen har följande fördelar när den används i SiC BJTer.
Strömförstärkningen blir högre eftersom ytrekombination undertrycks. Att öka strömförstärkningen i SiC BJTer är mycket viktigt eftersom det betyder att mindre basström behövs för att styra BJTn och detta innebär att drivkretsen blir billigare och mindre komplicerad att konstruera. 20 25 30 5 Uppfinningen kan kombineras med andra förbättringar, om t. ex. ytpassiveringens kvalitet förbättras, så kommer uppfinningen ändå att ge ytterligare förbättringar.
Uppfinningen är lätt att implementera i en typisk tillverkningsprocess eftersom metalI-överlagers-kontakter normalt tillverkas och inga ytterligare process-steg behövs då för att tillverka en ytelektrod, vilket är en föredragen utformning av uppfinningen.
Rekombinationsenergin i SiC är ungefär 3.2 eV och denna energin är stor nog att producera elektroner med hög energi, s.k. heta elektroner vilka kan injiceras in i ytpassiveringslagret och påverka långtidsstabiliteten. Den aktuella uppfinningen minskar ytrekombinationen. Färre heta elektroner skapas därför och detta förväntas förbättra långtidsstabiliteten.
Kort beskrivning av ritningarna En transistor och en metod enligt den aktuella uppfinningen kommer nu att beskrivas i detalj med referens till de bifogade ritningarna, i vilka; Figur 1 är ett tvärsnitt av aktiva området i en SiC BJT visande det dielektriska ytpassiveringslagret ovanpå ett SiC-lager mellan bas- och emitterkontakterna enligt tidigare kunnande, Figur 2 är ett tvärsnitt av det aktiva området i en SiC BJT visande ytelektroden som en föredragen utformning av den aktuella uppfinningen, Figur 3 är ett tvärsnitt av det aktiva området i en SiC BJT visande en negativ laddning inuti det dielektriska ytpassiveringslagret som en föredragen utformning av den aktuella uppfinningen, Figur 4 är en graf som visar uppmätt och simulerad strömförstärkning i “common emitter” koppling som function av collectorström, Figur 5 är en graf som visar komponentsimuleringar av en SiC BJT för fallen utan ytelektrod (som visas i Fig. 2) och med en ytelektrod kopplad till respective emitter- och baskontakter, och Figur 6 är en graf som visar komponentsimuleringar av en SiC BJT med en ytelektrod som visas i Fig. 2 för ytpotentialerna -40 V, 40 V och utan elektrisk anslutning till ytelektroden.
Beskrivning av föredragna utformningar i dag 20 25 30 6 För att öka strömförstärkningen för state-of-the-art SiC BJTer är det nödvändigt att minska ytrekombinationen vid vid SiC-ytan mellan emitter- och baskontakterna. Mängden ytrekombination som erhålls beror huvudsakligen på tre faktorer: 1) Defekkoncentrationen i ytan mellan SiC och ytpassiveringslagret 2) Elektronkoncentrationen i ytområdet 3) Hålkoncentrationen iytområdet Faktor 1 ovan är teknologiberoende men faktorerna 2 och 3 är möjliga att påverka med design och detta är metoden för den aktuella uppfinningen.
Rekombinationen för elektron-hål par beror huvudsakligen på koncentrationen av den laddningsbärartyp (elektron eller hål) som är i minoritet eftersom denna är den rekombinationsbegränsande laddningsbäraren. Ytrekombination inträffar både i emitter och i basområdet men komponentsimulering visar att det mesta av rekombinationen inträffar i det p-dopade baslagret längs ytan. l det p-dopade baslagret är elektronerna i minoritet och elektronkoncentrationen begränsar därför rekombinationenstakten. Den totala ytrekombinationen kan därför begränsas genom att undertrycka ytrekombinationen i den p-dopade basen.
Den aktuella uppfinningen minskar elektronkoncentrationen i ytområdet genom att skapa en negativ ytpotential i förhållande till potentialen inuti bulk-SiC- materialet under ytan. Eftersom elektroner repelleras av en negative elektrisk potential, så undertrycks elektronkoncentrationen av den negativa ytpotential som skapas, och ytrekombinationen minskas därför.
En föredragen utformning av uppfinningen är att tillverka ett ledande lager, härefter kallat ytelektrod, ovanpå det dielektriska lagret som används för ytpassivering. Ett tvärsnitt av en typisk NPN BJT med ytelektroden visas i Fig. 2, med en emitterkontakt 1, en baskontakt 2, ett n* emitterområde 3, ett p-typ basområde 4, ett n' collectorområde 5, ett n* substratområde och en collectorkontakt 7. Ytelektroden 9 kan bestå av metall, högdopat polykristallint kisel eller vilket annat elektriskt ledande material som helst. En negativ ytpotential, i förhållande till bulk-SiC-materialet innanför ytan, appliceras till ytelektroden 9 antingen genom att ansluta den till emitterkontakten 1 eller genom att externt applicera en negativ potential i förhållande till det underliggande SiC- bulkmaterialet. 20 25 30 7 Tjockleken av ytpassiveringslagret mellan ytelektroden och SiC-materialet är en viktig parameter att optimera för att uppfinningen ska fungera effektivt. Ett lämpligt förhållande för uppfinningen är att använda ett dielektriskt lager med en tjocklek i storleksordningen 10 till 30 nm, bestående av kiseldioxid mellan ytelektroden och SiC-materialet.
En annan föredragen utformning av den aktuella uppfinningen är att skapa en negative laddning 10 vid ytan mellan SiC och det dielektriska lagret eller inuti det dielektriska ytpassiveringslagret 8, vilket visas i Fig. 3. Fig. 3 visar att det inte finns någon ytelektrod och istället används en negativ laddning 10 för att åstadkomma en negativ ytpotential i förhållande till bulk-SiC-materialet.
En negativ laddning kan skapas på olika sätt, antingen genom att tillverka det dielektriska ytpassiveringslagret 8 under förhållanden som är kända att skapa negativ ytladdning, eller genom att injicera negativt laddade joner eller elektroner i det dielektriska ytpassiveringslagret 8.
Både teoretiska och experimentella bevis kommer nu att presenteras för att visa funktionsprincipen för den aktuella uppfinningen. Detta teoretiska och experimentella stöd för uppfinningen är väsentligt eftersom problemet med ytrekombination i SiC BJTer är tvådimensionellt och komplicerat att analysera även för fackmannen.
Fig. 4 visar en jämförelse av uppmätt 41 och simulerad 42, 43, 44 strömförstärkning A i ”common emitter" uppkoppling som funktion av collectorström B för en SiC BJT med collector-bas spänningen VCB=O V för en liten SlC BJT med en emitterbredd på 10 pm och en emitterlängd på 500 pm.
Mätningen 41 visar en maximal strömförstärkning på ungefär 26.
Simuleringarna har utförts med tre olika concentrationer av defekter, där: - D|T=1-101° cm'2eV'1 visas med den prickade linjen 42 i figuren, - D|T=1 -1011 cm'2eV'1visas med den prickade linjen 43 ifiguren, - D|T=1-1O12 cm'2eV'1 visas med den prickade linjen 44 i figuren, lnfångningstvärsnittet vid ytan mellan SiC och ytpassiveringslagret 8 är is o=10'“ cmz, och i detta speciella exempel består ytpassiveringslagret 8 av kiseldioxid. Defektkoncentrationen antas vara konstan över bandgapet i SiC.
Defekterna i övre halvan av bandgapet antas vara acceptorer och defekterna i undre halvan av bandgapet antas vara donatorer. En bulkrekombinationslivstid på r=100 ns har använts i simuleringarna. 20 25 30 8 Fig. 4 visar rimlig överensstämmelse mellan mätningen 41 och simuleringen 44 för defektkoncentrationen D|T=1-1012 cm'2eV" inklusive en ökande strömförstärkning med ökande collectorström. Resultaten i Fig. 4, med användning av realistiska värden för att simulera bulk- och ytrekombination, ger stöd för hypotesen att ytrekombination begränsar strömförstärkningen för en typisk SiC BJT. Resultaten i Fig. 4 föreslår också att strömförstärkningen för en SiC BJT kan ökas betydligt genom att minska ytrekombinationen. Detta kan göras antingen genom att minska defektkoncentrationen vid ytan eller genom att åstadkomma en negativ ytpotential enligt den aktuella uppfinningen.
Fig. 5 visar komponentsimuleringar för samma BJT so mi Fig. 4 med defektkoncentrationen 1-10” cm'2eV'1 med och utan en positiv potential applicerad till ytelektroden 9 i BJTn som visas i Fig. 2. l figuren visar den heldragna linjen 51 resultaten utan ytelektrod och den prickade linjen 52 visar resultaten med ytelektroden 9 ansluten till emitterkontakten 1. Ytpassiveringslagret 8 i detta exempel består av ett 20 nm tjockt dielektriskt ytpassiveringslager av kiseldioxid mellan SiC-ytan och ytelektroden 9. Fig. 5 visar en maximal strömförstärkning på 43 utan en ytelektrod och en maximal strömförstärkning på 64.5 med en ytelektrod 9 som har anslutits till emitterkontakten 1 för att åstadkomma en negativ ytpotential i förhållande till bulk-SiC-materialet innanför ytan. Resultatet i Fig. 5 indikerar att ungefär 50 % ökning av den maximal strömförstärkningen är möjligt genom att ansluta ytelektroden 9 till emitterkontakten 1.
Anslutningen av ytelektroden 9 till emitterkontakten 1 är en utformning av den aktuella uppfinningen vilken är lätt att implementera i tillverkningsprocessen utan att ha någon ytterligare styrelektrod till transistorn.
Den högre strömförstärkningen i Fig. 5 orsakas av den negativa ytelektrodspotentialen vilken leder till en lägre elektronkoncentration vid ytan, och därför en lägre rekombinationstakt. Simuleringsresultaten i Fig. 5 ger teoretiskt stöd för den aktuella uppfinningens funktionsprincip. Experimentella resultat är viktiga för att verifiera fördelarna med uppfinningen, eftersom det finns en osäkerhet i simuleringsparametrarna för defekter vid SiC-ytor.
Fig. 6 visar mätningar av strömförstärkning A för en tillverkad SiC BJT med en ytelektrod, som visas I Fig. 2. Resultaten visas för fallen med en negativ ytpotential på -40 V på ytelektroden 9 som den prickade linjen 61 och för positiv 15 20 9 elektrisk potential på +40 V vid ytelektroden 9 som den prickade linjen 62 och utan elektrisk anslutning till ytelektroden 9 som den heldragna linjen 63. Mätningarna visar att den maximala strömförstärkningen kan ökas med ungefär 18 % från 33.7 till 39.7 genom att applicera en negativ potential -40 V på ytelektroden.
Strömförstärkningen A kan också minskas med ungefär 30 % genom att applicera en positiv potential till ytelektroden.
Strömförstärkningen A ökar med en negativ ytpotential eftersom elektroner repelleras och den minskande elektronkoncentrationen minskar ytrekombinationen.
Strömförstärkningen A minskar med en positiv ytpotential eftersom elektroner attraheras och detta ökar mängden rekombination.
Mätningen i Fig. 6 utfördes med en SiC BJT med ett mycket tjockare passiveringslager 8 än vad som är optimalt och därför är inflytandet på strömförstärkningen måttligt även då relativt höga elektriska potentialer appliceras på ytelektroden 9. I vilket fall som helst visar resultaten i Fig. 6 klart förbättrad strömförstärkning A då den negativa potentialen appliceras på ytelektroden 9 i förhållande till bulk-SiC-materialet, och detta ger att experimentellt bevis att uppfinningen fungerar.
Det ska förstås att uppfinningen inte är begränsad till föregående beskrivning och illustrerade exemplifierade utformningar i denna och att modifikationer kan göras inom området för uppfinningens innovativa konceptet så som det illustreras i de bifogade kraven.

Claims (5)

20 25 liiï) zi- ítfrlfllftfm v 10 Krav
1. En bipolärtransistor (BJT) i kiselkarbid (SiC), kännetecknad av, att ytregionen mellan kontakterna till emitter och bas (1, 2) på nämnda transistor ges en negativ elektrisk ytpotential i förhållande till potentialen i bulk-SiC-materialet, att nämnda transistor består av ett ledande lager, härmed refererat till som ytelektrod (9), ovanpå nämnda transistors dielektriska lager vilket används som ytpassivering, att nämnda ytelektrod (9) kan bestå av ett elektriskt ledande material, såsom en metall eller högdopat polykristallint kisel, och att nämnda ytelektrod är anpassad att ges en negativ elektrisk potential i förhållande till bulk- SiC-materialet innanför ytan.
2. 1- Transistor enligt patentkrav 1, kännetecknad av att, nämnda ytelektrod (9) ges en negativ elektrisk potential, i förhållande till bulk-SiC-materialet innanför ytan, genom att ansluta den till emitterkontakten (1).
3. Transistor enligt patentkrav 1, kännetecknad av att, nämnda ytelektrod (9) ges en negativ elektrisk potential, i förhållande till bulk-SiC-matrerialet innanför ytan, genom att ansluta den externt till en negativ potential i förhållande till det underliggande bulk-SiC-materialet.
4. Transistor enligt något föregående patentkrav, kännetecknad av att, nämnda dielektriska lager består av kiseldioxid mellan ytelektroden och SiC- materialet.
5. Transistor enligt patentkrav 4, kännetecknad av att, nämnda dielektriska lager har en tjocklek i storleksordningen 10 till 30 nm.
SE0950185A 2009-03-24 2009-03-24 Bipolär transistor i kiselkarbid SE533700C2 (sv)

Priority Applications (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE0950185A SE533700C2 (sv) 2009-03-24 2009-03-24 Bipolär transistor i kiselkarbid
PCT/SE2010/050310 WO2010110725A1 (en) 2009-03-24 2010-03-22 Silicon carbide bipolar junction transistor
JP2012501963A JP2012521654A (ja) 2009-03-24 2010-03-22 シリコンカーバイドバイポーラ接合トランジスタ
CN2010800134839A CN102362353A (zh) 2009-03-24 2010-03-22 碳化硅双极结晶体管
DE112010001361T DE112010001361T5 (de) 2009-03-24 2010-03-22 Siliziumkarbid-Bipolartransistor
KR1020117024780A KR20110134486A (ko) 2009-03-24 2010-03-22 실리콘 카바이드 바이폴라 접합 트랜지스터
US13/243,056 US8378390B2 (en) 2009-03-24 2011-09-23 Silicon carbide bipolar junction transistor (BJT) having a surface electrode disposed on top of a dielectric layer formed at a region between emitter contact and base contact
US13/739,923 US8853827B2 (en) 2009-03-24 2013-01-11 Silicon carbide bipolar junction transistor (BJT) having a surface electrode disposed on a surface passivation layer formed at a region between emitter contact and base contact

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE0950185A SE533700C2 (sv) 2009-03-24 2009-03-24 Bipolär transistor i kiselkarbid

Publications (2)

Publication Number Publication Date
SE0950185A1 true SE0950185A1 (sv) 2010-09-25
SE533700C2 SE533700C2 (sv) 2010-12-07

Family

ID=42781247

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SE0950185A SE533700C2 (sv) 2009-03-24 2009-03-24 Bipolär transistor i kiselkarbid

Country Status (7)

Country Link
US (2) US8378390B2 (sv)
JP (1) JP2012521654A (sv)
KR (1) KR20110134486A (sv)
CN (1) CN102362353A (sv)
DE (1) DE112010001361T5 (sv)
SE (1) SE533700C2 (sv)
WO (1) WO2010110725A1 (sv)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE533700C2 (sv) 2009-03-24 2010-12-07 Transic Ab Bipolär transistor i kiselkarbid
SE535380C2 (sv) 2011-01-31 2012-07-17 Fairchild Semiconductor Bipolär transistor i kiselkarbid med övervuxen emitter
WO2012139633A1 (en) 2011-04-12 2012-10-18 X-Fab Semiconductor Foundries Ag Bipolar transistor with gate electrode over the emitter base junction
SE1150386A1 (sv) * 2011-05-03 2012-11-04 Fairchild Semiconductor Bipolär transistor av kiselkarbid med förbättrad genombrottsspänning
WO2013107508A1 (en) * 2012-01-18 2013-07-25 Fairchild Semiconductor Corporation Bipolar junction transistor with spacer layer and method of manufacturing the same
US9117845B2 (en) * 2013-01-25 2015-08-25 Fairchild Semiconductor Corporation Production of laterally diffused oxide semiconductor (LDMOS) device and a bipolar junction transistor (BJT) device using a semiconductor process
US8987107B2 (en) 2013-02-19 2015-03-24 Fairchild Semiconductor Corporation Production of high-performance passive devices using existing operations of a semiconductor process
US9071245B2 (en) * 2013-04-24 2015-06-30 Hamilton Sundstrand Corporation Solid state power controller gate control
CN104882357A (zh) * 2014-02-28 2015-09-02 株洲南车时代电气股份有限公司 半导体器件耐压终端结构及其应用于SiC器件的制造方法
KR101764412B1 (ko) 2015-09-14 2017-08-14 일동바이오사이언스(주) 기능성 수화 히알루론산 및 이를 이용한 장 점막부착능이 우수하고 선택적 길항작용을 하는 코팅 유산균의 제조방법
CN105957886B (zh) * 2016-06-28 2019-05-14 中国科学院微电子研究所 一种碳化硅双极结型晶体管
KR101981790B1 (ko) 2017-04-07 2019-05-27 주식회사 종근당바이오 실크 피브로인으로 코팅되어 장내 정착성이 향상된 유산균을 포함하는 조성물
KR102009731B1 (ko) 2019-04-15 2019-08-12 주식회사 쎌바이오텍 단백질 가수분해물을 이용한 단백질-다당류 이중코팅 유산균의 제조방법
KR102009732B1 (ko) 2019-04-15 2019-08-12 주식회사 쎌바이오텍 세포 농축 방법에 의한 이중코팅 유산균의 제조방법

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4945394A (en) * 1987-10-26 1990-07-31 North Carolina State University Bipolar junction transistor on silicon carbide
US7550783B2 (en) * 2004-05-11 2009-06-23 Cree, Inc. Wide bandgap HEMTs with source connected field plates
JP4777699B2 (ja) * 2005-06-13 2011-09-21 本田技研工業株式会社 バイポーラ型半導体装置およびその製造方法
US7345310B2 (en) * 2005-12-22 2008-03-18 Cree, Inc. Silicon carbide bipolar junction transistors having a silicon carbide passivation layer on the base region thereof
US7964961B2 (en) 2007-04-12 2011-06-21 Megica Corporation Chip package
JP5140347B2 (ja) * 2007-08-29 2013-02-06 株式会社日立製作所 バイポーラトランジスタ及びその製造方法
JP4786621B2 (ja) 2007-09-20 2011-10-05 株式会社東芝 半導体装置およびその製造方法
CN100589252C (zh) * 2008-12-04 2010-02-10 电子科技大学 双极结型晶体管
SE533700C2 (sv) 2009-03-24 2010-12-07 Transic Ab Bipolär transistor i kiselkarbid
SE1150386A1 (sv) 2011-05-03 2012-11-04 Fairchild Semiconductor Bipolär transistor av kiselkarbid med förbättrad genombrottsspänning

Also Published As

Publication number Publication date
JP2012521654A (ja) 2012-09-13
US20120007103A1 (en) 2012-01-12
SE533700C2 (sv) 2010-12-07
US8853827B2 (en) 2014-10-07
WO2010110725A1 (en) 2010-09-30
KR20110134486A (ko) 2011-12-14
CN102362353A (zh) 2012-02-22
DE112010001361T5 (de) 2012-08-30
US20130126910A1 (en) 2013-05-23
US8378390B2 (en) 2013-02-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
SE0950185A1 (sv) Bipolär transistor i kiselkarbid
TWI383497B (zh) 具有雙閘極之絕緣閘雙極性電晶體
US9484221B2 (en) Bipolar semiconductor device and method of manufacturing thereof
JP5194273B2 (ja) 半導体装置
JP2007311627A (ja) 半導体装置及びその製造方法
US8994065B2 (en) High-voltage vertical power component
JP2007535812A5 (sv)
JP2003533887A (ja) 電荷キャリヤ抽出トランジスタ
CN107534042A (zh) 半导体装置
SE532625C2 (sv) Halvledarkomponent i kiselkarbid
WO2011049054A1 (ja) 絶縁ゲートバイポーラトランジスタおよびその設計方法
CN104638024B (zh) 一种基于soi的横向恒流二极管及其制造方法
US10886371B2 (en) Silicon carbide semiconductor device
JPH09186323A (ja) 電力用絶縁ゲートバイポーラトランジスタ
JP2008021981A (ja) 絶縁ゲートバイポーラトランジスタ及びその製造方法
CN105702719B (zh) 具有改进稳定性的功率半导体器件及其生产方法
JP5679821B2 (ja) 半導体装置およびその製造方法
JP2010109031A (ja) 半導体装置及びその製造方法
CN104638022B (zh) 一种soi横向恒流二极管及其制造方法
TW200820421A (en) Semiconductor device provided with floating electrode
JP2008535214A (ja) ダイオード構造
KR20190124894A (ko) 반도체 소자 및 그 제조 방법
JPH0693511B2 (ja) 絶縁ゲ−ト半導体装置
JPH06268226A (ja) 絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ
JP2011146440A (ja) 半導体装置